Neste trabalho, foi desenvolvido um método de pré-concentração de íons Cd2+ usando sistema de análise por injeção em fluxo (FIA) acoplado com espectrometria de absorção atômica com chama (FAAS). Neste sistema, íons Cd2+ são adsorvidos em uma mini coluna recheada com o material adsorvente composto de sílica modificada com óxido de alumina e óxido de nióbio (SiO2/Al2O3/Nb2O5) com posterior eluição com HCl 1,0 mol L-1. A síntese do óxido misto SiO2/Al2O3/Nb2O5 foi realizada via processo sol-gel. A caracterização do adsorvente foi feita utilizando Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Infravermelho (IV). Os parâmetros experimentais associados ao sistema foram estudados por meio de análise multivariada usando planejamento fatorial completo 24 e matriz de Doehlert. Fatores como concentração do tampão (Tris HCl = 0,09 mol L-1), vazão de pré-concentração (5,0 mL min-1), pH (8,64) e massa de adsorvente (100,0 mg) foram otimizados. A capacidade adsortiva do material adsorvente foi avaliada por meio de isotermas de adsorção, sendo encontrado o máximo de adsorção de 17,88 mg g-1. Foram realizados estudos de interferência a fim de verificar quais íons poderiam interferir na adsorção de Cd+2 no adsorvente SiO2/Al2O3/Nb2O5. Os íons avaliados foram SO4 2-, Cl-, Cu2+, Zn2+, Ni2+, Pb2+, nas proporções de 1:1, 1:10 e 1:100 analito/interferente (m/m), onde somente foi observada interferência para os íons Pb2+ na proporção 1:100 (m/m). O método proposto apresentou fator de pré-concentração de 18,44 vezes, índice de consumo de 1,08 mL, freqüência analítica de 14 h-1, eficiência de concentração de 4,33 min-1 e limites de detecção e quantificação de 0,19 e 0,65 μg L-1, respectivamente. / In this work, a preconcentration method for Cd2+ ions using flow injection analysis (FIA) coupled with flame atomic absorption spectrometry (FAAS) was developed. In this system, Cd2+ ions are adsorbed onto a minicolumn packed with the adsorbent material based on modified silica with niobium (V) oxide and alumina (SiO2/Nb2O5/Al2O3) with further elution with 1.0 mol L-1 HCl. The synthesis of mixed oxide SiO2/Al2O3/Nb2O5 was carried out by sol-gel process. The characterization of the adsorbent was carried out using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Infrared (IR). The experimental parameters associated to the system were studied by means multivariate analysis using 24 full factorial design and Doehlert matrix. The factors buffer concentration (Tris HCl = 0.09 mol L-1), preconcentration flow (5.0 mL min-1), pH (8.64) and adsorbent mass (100.0 mg) were optimized. The adsorptive capacity of the material was evaluated by adsorption isotherms, where the maximum adsorption was found to be 17.88 mg g-1. Studies were performed to verify which ions could interfere in the Cd2+ adsorption on SiO2/Al2O3/Nb2O5 adsorbent. The ions evaluated were SO42-, Cl-, Cu2+, Zn2+, Ni2+, Pb2+ in the ratio 1:1, 1:10 and 1:100 (m/m) analyte/interferent. The proposed method showed preconcentration factor of 18.44 times, consumption index of 1.08 mL, sample throughput of 14 h-1, concentration efficiency of 4.33 min-1 and limits of detection and quantification of 0.19 and 0.65 μg L-1, respectively.

A técnica de preparação de polímeros molecularmente impressos (MIP), desde seu surgimento em 1972, tem promovido avanços relevantes em diferentes segmentos da Química Analítica, principalmente em procedimentos de extração em fase sólida. Porém, o uso de polímeros impressos com atividade catalítica ainda é recente. Assim, no presente trabalho foi sintetizado um MIP (MIP-MAA) seletivo com atividade catalítica na reação de oxidação de epinefrina (EP) por peróxido de hidrogênio (H2O2) utilizando hemina e ácido metacrílico (MAA) como monômeros funcionais na síntese do polímero, conferindo ao MIP sítios seletivos e prostéticos à molécula molde de EP e também aumentando a atividade do material em meio aquoso. Foram preparados simultaneamente: polímero não impresso (NIP1), polímero não impresso sem hemina (NIP2) e polímero impresso com hemina e 4-vinilpiridina (MIP-4VPy). Os materiais foram sintetizados utilizando-se a técnica de "bulk", através de polimerização radicalar livre termoativada, conforme descrito por Santos et al (2007) com pequenas modificações. Após a síntese, os materiais foram triturados, secos e peneirados em diâmetro máximo de 106 µm e na seqüência procedeu-se a extração da molécula molde com solução de metanol:ácido acético (4:1) (v/v). O material foi submetido a análises de caracterização física, como microscopia eletrônica de varredura (MEV), termogravimetria (TG) e infravermelho (IR). A técnica de detecção foi a amperometria com potencial fixo em 0,0 V vs Ag/AgCl, a qual foi acoplada à saída de um sistema de injeção em fluxo (FIA) de linha única. O sistema FIA consistiu da introdução da amostra de EP (tampão tris-HCl 0,1 mmol L-¹, pH 8,0, 120 µL) num fluxo carregador de H2O2 (300 µmol L-¹, 0,9 mL min-¹). Após percolação da amostra no reator biomimético, ocorre catálise da reação de oxidação da EP pelo H2O2, onde o produto formado é monitorado por amperometria através da variação de corrente versus tempo. O MIP-MAA demonstrou atividade catalítica superior ao NIP1, NIP2 e MIP-4VPy, evidenciado a efetividade da impressão molecular. O nível de interferência observado para moléculas semelhantes à EP foi inferior a 45% considerando-se a amplitude de sinal. Por meio da caracterização física foi possível detectar a presença de diferenças morfológicas entre o MIP-MAA, NIP1 e NIP2, principalmente na análise de TG. / The technique for preparation of molecularly imprinted polymers (MIP), since its first description in 1972, has promoted relevant advances to different segments of Analytical Chemistry, particularly in procedures for solid phase extraction. However, the use of imprinted polymers with catalytic activity is still young. In the present work was synthesized a MIP (MIP-MAA) with selective catalytic activity for the oxidation of epinephrine (EP) by hydrogen peroxide (H2O2) using hemin and methacrylic acid (MAA) as functional monomers in the synthesis of the polymer, giving to the MIP selective and prosthetic binding sites for the template molecule of EP and also increasing the activity of the material in water. Simultaneously were prepared the following materials: non-imprinted polymer (NIP1), non-imprinted polymer without hemin (NIP2) and imprinted polymer with hemin and 4-vinylpyridine (MIP-4VPy). The materials were synthesized using the technique of bulk by free radical polymerization thermo-activated, as described by Santos et al (2007) with minor modifications. After synthesis, the materials were milled, dried and sieved to a maximum diameter of 106 µm. Afterward, the template molecule was extracted from MIP with a solution of methanol: acetic acid (4:1) (v / v) and the final product was submitted to analysis of physical characterization, such as scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetry (TG) and infrared (IR). The detection technique was amperometry with the potential fixed in 0.0 V vs. Ag / AgCl, which was coupled to the output of a system of flow injection analysis (FIA) in a single line mode. The FIA system consisted of the introduction of the sample EP (tris-HCl 0.1 mmol L-¹, pH 8.0, 120 µL) in a carrier stream of H2O2 (300 µmol L-¹, 0.9 mL min-¹). After percolation of the sample on the biomimetic reactor, the catalysis of the EP oxidation by H2O2 occur, being the product formed monitored by amperometry through the variation of current versus time. The MIP-MAA showed higher catalytic activity of NIP1, NIP2 and MIP-4VPy, demonstrating the effectiveness of molecular imprinting. The level of interference observed for molecules similar to the EP was less than 45% considering the signal amplitude. Through physical characterization was possible to detect the presence of morphological differences between the MIP-MAA, NIP1 and NIP2, especially in the TG analysis. / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - FAPEMIG

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.

Um sistema de detecção de falhas deve incorporar técnicas de raciocínio que possam identificar um sinal de falha sob condições de incerteza. Nesse contexto, os modelos explorados na teoria de sistemas inteligentes, configurados para detectar falha, apresentam maior confiabilidade e versatilidade do que os modelos matemáticos convencionais. Este trabalho focaliza o estudo de caso de detecção de falhas em motores de combustão interna a pistão, em que foi escolhida a abordagem utilizando lógica nebulosa (fuzzy logic) na elaboração dos detectores de falhas no sistema de injeção e no sistema de ignição. Foram consideradas falhas no sistema de injeção as condições denominadas "mistura rica" e "mistura pobre", relativas às condições do combustível, e as falhas no sistema de ignição as do tipo detonação e rendimento térmico baixo. Essas falhas podem ser responsáveis por comprometer o desempenho do motor, reduzir a sua vida útil, aumentar os custos de manutenção e a emissão de poluentes e colocar em risco a segurança de pessoas. No sistema em foco, os detectores de falha de injeção e de ignição detectam a condição de falha através da observação das seguintes variáveis: ângulo de ignição, rotação e taxa de mistura ar/combustível. Para avaliar o sistema foi desenvolvido um simulador que incorpora a dinâmica do motor, um controlador e o sistema detector de falhas. O modelo do motor de combustão interna a pistão, elaborado dentro do ambiente computacional AMESim 4.2.1, considera uma configuração de quatro cilindros, oito válvulas, quatro sistemas de injeção indireta (um para cada cilindro), ignição por centelha, válvula borboleta, válvulas de admissão e escape, árvore de manivela e outros componentes que compõem um motor de combustão interna. Para controlar as variáveis do modelo no programa AMESim a uma dada condição de operação, o simulador apresenta uma unidade de controle, a qual recebe o sinal de pressão média efetiva, disponível no modelo do motor (ambiente AMESim) e o sinal de carga variável, com o objetivo de calcular a rotação responsável em definir a condição de operação do motor. Uma vez calculada a rotação, a unidade de controle calcula a vazão de combustível que é injetado no motor, o ângulo de abertura da válvula borboleta que proporcionará o estado de aceleração e desaceleração e o ângulo de ignição que indicará o momento da centelha. A unidade de controle e os detectores de falhas foram elaborados no ambiente computacional MATLAB 6.5/Simulink. O funcionamento combinado, via interface de comunicação dos dois ambientes computacionais, propicia uma representação adequada e resultados próximos às características de um motor de combustão real. Ao detectar as falhas provocadas intencionalmente no simulador a abordagem utilizando a lógica nebulosa apresentou resultados satisfatórios, com uma margem de erro de 0% na detecção de falhas no sistema de ignição e uma margem de erro no máximo de 5% na detecção de falhas no sistema de injeção, comprovando-se, assim, a adequação e viabilidade da proposta.

O objetivo do seguinte trabalho é um novo modelo de câmara de combustão do tipo RQL ("Rich-Quench-Lean" na língua inglesa) para turbinas a gás. A combustão acontece em duas fases; a primeira com deficiência de oxidante ou rica em combustível, e a segunda é pobre em combustível. Esta estrutura de combustão permite a conciliação de baixas emissões de NOx e produtos de combustão de oxidação parcial, como monóxido de carbono, hidrocarbonetos não queimados e fuligem. A idéia dos combustores RQL tradicionais é a injeção estagiada de combustíveis através da câmara, criando algumas regiões de combustão desfavoráveis à formação do NOx. Mas no novo conceito aqui proposto, essas condições não favoráveis à formação do NOx são alcançadas através do controle da dinâmica da mistura entre os reagentes no interior da câmara, favorecendo algumas vantagens em relação ao processo RQL tradicional. Entretanto, para a combustão pobre na câmara secundária, dependendo dos parâmetros de operação, algumas oscilações acústicas ocorrem. Portanto, o presente trabalho trata da influência desses parâmetros operacionais: razão de equivalência, número de Reynolds do jato de combustível, número de "swirl", e razão comprimento/diâmetro da câmara primária (L/D), sobre as instabilidades acústicas. Os resultados mostram que aumentando o número de "swirl", e reduzindo o número de Reynolds do jato combustível, as oscilações de combustão podem ser atenuadas. Além disso, a mais alta razão L/D investigada foi 3, e para esta situação bons resultados foram observados para atenuação de instabilidades. Apesar das dificuldades para entender o complexo fenômeno de instabilidade de combustão, este trabalho apresenta algumas recomendações para controlar as oscilações em câmaras de combustão do tipo RQL para turbinas a gás.

O presente trabalho analisa as propriedades metalúrgicas de aços ligados para a fabricação de moldes e os seus reflexos na usinabilidade. Os aços em questão são: ISO P20, ISO P50 e ISO P100. Os parâmetros de usinabilidade estudados são: vida de ferramenta com passadas retilíneas, vida de ferramenta por meio de abertura de cavidade, força de corte, avaliação do cavaco e acabamento superficial. Para uma mesma condição de corte, o aço ISO P50 destaca-se no parâmetro de vida de ferramenta. Isto se deve a adição de cálcio, que refina os grãos, e à ausência de cromo em sua composição. O ISO P20, o aço mais tradicional nas ferramentarias, possui cromo em sua liga que, por ser abrasivo à ferramenta de corte prejudicou o resultado da vida de ferramenta. O ISO P100 apresenta carbonitretos em sua liga, elementos altamente duros e abrasivos, porém com pouca tensão residual. A tarefa de seleção do aço não é fácil. Para lançamentos de novos produtos, onde o tempo de lançamento é fundamental, o uso do aço ISO P50, embora custando em média o dobro que o ISO P20, deve ser levado em conta. Para moldes onde há muitos furos e/ou tolerâncias pequenas, o uso do ISO P100 pode ser necessário. Para o caso de produtos já em linha, e que existe a necessidade de substituição de um molde em funcionamento e a um maior tempo de planejamento, o ISO P20 ainda mantém o melhor custo benefício.

Propulsores de baixo empuxo possuem a proteção térmica da superfície interna da parede provida pela redução da carga térmica dos gases quentes por meio de um filme líquido de combustível injetado, paralelo e junto à parede. A carga térmica transferida para a parede pode ser determinada conhecendo o coeficiente de transferência de calor por convecção na camada limite. Ambos, o perfil de temperatura do filme de combustível e o perfil do coeficiente de transferência de calor, são difíceis de serem quantificados e possuem grandes incertezas na determinação por meio teórico ou experimental. Determinar o comportamento de ambos os perfis térmicos é muito importante para o projeto e para a escolha do melhor material a ser usado na parede do propulsor. Este trabalho apresenta a técnica do problema inverso usada na determinação dos perfis do filme de combustível e do coeficiente de transferência de calor para a parede de um propulsor de 200N de empuxo, onde através de um perfil de temperatura da superfície externa da parede do propulsor como dado de entrada, os perfis térmicos desejados podem ser determinados. Um algoritmo híbrido composto por GEO4 (Otimização Extrema Generalizada), baseado na técnica da evolução natural somado a um EE (Estratégias Evolutivas) que incluem a auto-adaptação como principal característica, será usado como um algoritmo de otimização associado a um programa de simulação térmica. Casos simulados para a condição de regime permanente e transiente serão estudados usando o Inconel 600 e o Nióbio como materiais de parede. Os resultados obtidos mostram que a técnica do problema inverso apresenta-se como uma boa ferramenta para a solução do problema proposto. Além disso, possibilita o estudo das temperaturas da parede em várias condições de transientes térmicos para simular em que condições a temperatura limite da parede é alcançada, contribuindo para a segurança nos projetos de propulsores.

O injetor é considerado um dos principais componentes de um motor foguete a propelente líquido (MFPL), sendo o responsável pela atomização e qualidade da mistura dos propelentes na câmara de combustão de um MFPL. O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de cálculo com a finalidade de se obter um modelo de injetor gás líqüido. Através de equações, obtêm-se os parâmetros principais do injetor, tais como: diâmetros dos orificios de entrada de propelente no injetor, coeficientes de perdas hidráulicas do propelente durante a passagem pelo injetor, números e comprimento dos canais de injeção, entre outros. Com análises em laboratório, conseguiu-se obter os principais parâmetros de desempenho do injetor tais como: distribuição de massa na câmara de combustão, vazão mássica e ângulo do cone de saída do fluido atomizado e, assim, analisar experimentalmente os resultados obtidos. Tendo como conclusão principal, que o modelo de injetor proposto nesta dissertação se encontra dentro do esperado, ou seja, o atomizador é eficiente para gerar um spray que atenda satisfatoriamente uma situação de combustão. Caso o leitor opte por trabalhar com injetores gás líqüido, este trabalho poderá ser utilizado como referência bibliográfica.

O injetor tem uma função importante introduzindo os propelentes no interior da câmara de combustão, fazendo com que os líquidos sejam divididos em pequenas gotículas (atomização), distribuindo e misturando o oxidante e o combustível na proporção correta e nas condições adequadas, para produzir um eficiente e estável processo de combustão. O presente trabalho teve três objetivos: ensaiar um injetor centrífugo a bipropelente líquido criogênico utilizando etanol como combustível e oxigênio líquido como oxidante, em uma pequena câmara de combustão, visando atingir 10 bar de pressão de combustão, determinando sua velocidade característica; Testar um ignitor ressonante externo a câmara de combustão, abaixo da tubeira; e apresentar um novo projeto de cabeçote injetor para a continuação do estudo da combustão. O ignitor ressonante foi posicionado do lado externo da câmara de combustão. Seu bocal de saída de chama foi direcionado para a garganta da tubeira 36 em relação a horizontal, nesta configuração o ignitor ressonante iniciou a combustão no interior da câmara mostrando-se adequado para os experimentos. Três ensaios de combustão foram efetuados apresentando alguma instabilidade de combustão, porém não prejudicou a condução dos experimentos. O ensaio 01 alcançou a pressão de combustão de 10 bar, porém não foi mantida. A pressão de combustão média na faixa de tempo escolhida foi de 7,6 bar, alcançando a velocidade característica máxima de 945,2 m/s. A baixa velocidade característica observada nos ensaios indica que a combustão do etanol não foi completa. Após os ensaios com combustão, o elemento injetor 01 foi retirado do cabeçote, apresentando-se em perfeitas condições sem queima erosiva. O novo cabeçote projetado teve sua concepção baseada em todas as considerações e requisitos elencados. Todos os componentes do cabeçote Quatrele foram modelados em CAD CATIA V5 apresentando menor massa estrutural e maior volume para o oxigênio líquido, em comparação ao cabeçote 03 e elemento injetor 01.

A significant part of the world economy depends on stationary or vehicular Diesel engines. Such engines are fed mainly by fossil fuels, among these, the standard diesel. The growing interest in renewable energy sources makes the use of ethanol in these engines a real technological demand. From the existing concepts to meet this goal the Diesel-Ethanol in the Dual-Fuel mode has demand for published experimental data. Such concept brings a greater degree of freedom, but implications in technological challenges. It works through a PFI (Port Fuel Injection) system to prepare a pre-mixture of air and ethanol in the intake port which is compressed in the combustion chamber and ignited by pilot injection of diesel. In this work a single cylinder research engine with 100% electronically controlled calibration was used. The engine control parameters were set to maximize diesel substitution rate by ethanol with a limited indicated efficiency loss. Comparisons were made among different working conditions. Initially, the flow structure in the combustion chamber was tested in both quiescent and high swirl modes. Compression ratios were adjusted at 3 different levels: 14:1, 16:1 and 17:1. Two injectors were tested, the first one with mass flow of 35 g/s and another of 45 g/s. Regarding pressure diesel injection, 4 levels were investigated namely 800, 1000, 1200 and 1400 bar. The experiments discussed in this work were able to achieve up to 65% of diesel energy substituted by hydrated ethanol energy with an indicated efficiency of 49%. In comparison with the diesel only running condition, the NOx emissions was improved by up to 60%. But the HC, CO and aldehydes emissions had a penalty, showing a trade-off that shall be further investigated with a final design engine in the beginning of product development process.