Escoamentos sobre superfícies côncavas, como os que ocorrem no intradorso de uma pá de turbina, estão sujeitos à instabilidade centrífuga. A esse tipo de configuração atribui-se possibilidade de transição à turbulência devido a formação dos vórtices de Görtler. Estudos são propostos no sentido de identificar possível influência do gradiente de pressão nos mecanismos de desenvolvimento desses vórtices e sua interação com outras perturbações na transição. O processo de investigação dá-se numericamente por meio do desenvolvimento e uso de um código numérico paralelizado e de alta ordem de precisão. Resultados obtidos caracterizam o gradiente de pressão adverso como mais instável se comparado ao caso neutro ou favorável. Variações no gradiente de pressão não se mostram eficientes no processo de controle da instabilidade. Ao gradiente adverso atribui-se antecipação da região de saturação dos vórtices. Ressalta-se ainda a natureza desestabilizadora do gradiente adverso quanto aos mecanismos de amplificação dos modos varicoso e sinuoso associados à instabilidade secundária. / Flows over concave surfaces are subjected to centrifugal instability and may transition to turbulence. Studies are conducted to identify the role of the external pressure gradient on the development of the Görtler vortices and their interaction with other flow disturbances. Numerical simulations are carried out by the development and use of an in-house parallel code with highorder of accuracy. Adverse pressure gradient configurations are observed to be more unstable than the neutral and favourable ones. Pressure gradient variations do not prove to be an efficient way to control the centrifugal instability. The destabilizing behaviour that is observed by the adverse pressure gradient justifies its influence on the anticipation of the saturation of the primary vortices and growth of the sinuous and varicose secondary modes.

Ultrassonografia (US) é usada por médicos para ajudar em diagnósticos e intervenções. Ela fornece uma visada tomográfica de órgãos internos como, por exemplo, pâncreas aorta, fígado, bexiga, rins e baço. O médico pode utilizar a US para realizar apenas uma avaliação visual ou pode também comprimir o tecido para analisar a dinâmica, uma vez que a elasticidade da lesão pode estar relacionada à patologias. Consequentemente, diversos procedimentos computacionais vem sendo desenvolvidos com o intuito de fornecer ao médico informações acerca das propriedades elásticas do tecido. Entretanto, uma avaliação completa e objetiva dos procedimentos computacionais sobre US pode ser dificultada pelo difícil acesso a imagens com as propriedades desejadas ou pela falta de padrão-ouro para ser utilizado como referência. Portanto, nós desenvolvemos uma ferramenta capaz de criar phantoms numérico que imitam a compressão induzida por um médico através de um transdutor. A deformação do tecido é baseada em método doe elementos finitos e o deslocamento dos espalhadores é calculado usando isomorfismo linear. Depois do deslocamento dos espalhadores, Field II foi utilizado para simular o ruído Speckle. Assim, foi possível a criação de uma sequência de imagens de US com deformação realística. Este método foi implementado em Matlab e está disponível para download sem custos. A deformação do phantom foi validada através da medição de contraste de compressão em phantoms de duas camadas. Uma atenção especial foi dada a doenças cardiovasculares devido ao impacto que essas patologias causam no cenário médico do Brasil e do mundo. Nas últimas décadas, a prevalência de patologias cardiovasculares têm crescido progressivamente e se tornou uma séria questão de saúde pública. Elas estão entre as maiores causas de mortes, internações e gastos com saúde. Na prática intervencionista, o ultrassom intravascular (IVUS) é utilizado para obter informações do vaso sanguíneo e de eventuais patologias. Portanto, foi desenvolvida também uma simulação numérica de phantoms de IVUS. A simulação do vaso sanguíneo também se baseou em método dos elementos finitos e isomorfismo linear. Contudo, uma simulação confiável de IVUS deve considerar o caminho do cateter no interior do vaso sanguíneo, porque isto determina a posição do transdutor. Portanto, nós desenvolvemos um novo método, baseado em equilíbrio de forças, para determinar a posição de menor energia do cateter. O método foi validado através da comparação da posição estimada com a posição de um fio-guia de aço real e apresentou erro quadrático médio e média Hausdorff menor que 1 mm para ambos. Foram utilizados dois métodos diferentes para rastrear e estimar a deformação de determinadas estruturas no tecido: Optical Flow e 2D Block Matching. Foi aplicado uma implementação inovadora de 2D Block Matching com interpolação sub-pixel linear e propagação de deslocamento. Posteriormente, a validação será feita comparando-se a o movimento estimado com o padrão-ouro numérico utilizado para construir a simulação. O 2D block matching forneceu resultados melhores que o optical flow. Após a análise em phantoms numéricos, equipamento real de ultrassom foi utilizado para aquisição de imagens modo-B de phantoms físicos. Então, nós realizamos a estimativa do movimento das estruturas para analisar as propriedades morfológicas e dinâmicas do tecidos. Os resultados obtidos foram comparados com a elastografia fornecida pelo equipamento. Em acordo com os resultados obtidos na simulação numérica, o 2D block matching novamente apresentou resultados melhores que o optical flow. Finalmente, os dois métodos de rastreamento foi aplicada em imagens simuladas de IVUS, que foram divididas em 2 conjuntos de quadros. O primeiro conjunto, S1, continha todos os quadros da sequência de IVUS e o segundo conjunto, S2, continha apenas os quadros correspondentes a uma fase específica do ciclo cardíaco. Sendo assim, foi analisado o balanço entre o impacto do movimento cardíaco e a taxa de quadros. Para os pontos localizados nas bordas dos objetos, Optical flow teve um bom desempenho para ambos S1 e S2. Em regiões homogêneas, entretanto, o optical flow foi capaz de rastrear os pontos em S2, sugerindo que é melhor o trabalho com movimento cardíaco reduzido em detrimento da taxa de quadros, tal qual a aquisição de IVUS engatilhado por ECG. Já o 2D block matching apresentou um mau rastreamento para todos os pontos selecionados. Além da simulação da aquisição de ultrassonografia com deformação e do rastreamento de estruturas, também desenvolvemos uma nova técnica de filtragem capaz de remover a textura speckle sem borrar as bordas. A técnica proposta apresentou os melhores resultados quando comparados com outros nove filtros da literatura. Foi desenvolvida também uma nova métrica que utiliza o ruído speckle da própria imagem para fornecer um parâmetro que pode ajudar o usuário a decidir o tamanho da janelo de um filtro. / Ultrasonography (US) is used by physicians to help on diagnosis and interventions. It provides tomographic views of inner organs such as pancreas, aorta, inferior vena cava, liver, gall bladder, bile ducts, kidneys and spleen. The physician may utilize US to perform only a visual assessment or may also compress the tissue to analyze its dynamics, since lesion elasticity may be related to dangerousness. Consequently, several computational procedures have been developed in order to provide information about the elastic properties of the tissue. However, a thorough and objective evaluation of US computational procedures may be hindered by the difficult access to US images with the desired features and the lack of gold-standard parameters. Therefore, we developed a tool that is able to create numeric phantom that mimics the compression induced by physician with the transducer. The tissue deformation was based on finite elements method and the displacement of the scatterers were calculated using linear isomorphism. After the scatterer displacement, Field II was used to simulate the speckle noise. Thus, it is possible to create a sequence of US images with realistic deformation. This technique was implemented in Matlab and is available for free download. The phantom deformation was validated by measuring the strain contrast from double-layered phantoms. Special attention was given to cardiovascular diseases due to their impact on Brazilian and world populations. During the last decades, the prevalence of cardiovascular pathologies has increased progressively, and has become a serious public health problem. They are among the major causes of death, hospitalizations and health expenses. In interventionist practice, intravascular ultrasound (IVUS) is used to obtain information about blood vessels and eventual pathologies. Therefore, we also created numeric IVUS phantoms. The simulation of the blood vessel was also based in finite elements method with linear isomorphism. However, a reliable IVUS simulation must consider the catheter path inside the blood vessel, because it determines the position of the transducer. Hence, we developed a new method, based on equilibrium of forces, to determine the minimum energy position of the catheter. The method was validated by comparing its position with the position of a real stainless steel IVUS guidewire and presented root mean squared error and Hausdorff mean smaller than 1 mm for both. We used two different techniques to track and estimate deformation of different structures in the simulated US images, namely, Optical Flow and 2D Block Matching. We applied an innovative implementation of 2D block matching with sub-pixel linear interpolation and displacement propagation. Then, the estimated deformation from both methods were compared with the numeric gold-standard, and 2D block matching presented better results than optical flow. After the work with numeric phantoms, real US equipment was utilized to acquire B-mode images from a physical phantom. Then, we performed the movement estimation of the imaged tissue to analyze its morphological and dynamic properties. The results were compared to the elastography images provided by the US equipment. In accordance with the results from the numeric simulation, 2D block matching presented better results than Optical flow. Finally, we performed the two speckle tracking on a set of numerically simulated IVUS images, where the images were divided into two sets of frames. The first set, S1, contained all the frames from the IVUS sequence and the second set, S2, contained only the frames corresponding to a specific phase of the cardiac cycle. Thus, we analyzed the trade-off between the impact of the cardiac motion and low frame rate. For the points located at the edges of the object, optical flow had a good performance for both S1 and S2. In homogenous regions, however, optical flow was able to track the points only in S2, suggesting that it is better to work with low frame rate and reduced cardiac motion, as in EKG-triggered IVUS acquisition. 2D block matching presented poor results in all points of both S1 and S2. Besides the simulation of ultrasound acquisition with deformation and structure tracking, in this work, we also developed a new filtering technique that is able to remove the speckle texture without blurring the edges. The proposed filter presented the best results when compared to other nine filters from the literature. We also developed a metric that uses the speckle texture of the image to provide a parameter that may help the user decide the size of the window of the filter.

O presente trabalho refere-se à modelagem fenomenológica da transferência de movimento das bolhas de ar para o meio líquido, simulação com integrações numéricas de Equações Diferenciais Parciais (EDP\'s) e comparação com resultados experimentais de viscosidades turbulentas. Esse tipo de modelo com transporte turbulento se faz necessário para avaliar a natureza dos escoamentos, seja em situação enquanto em monitoramento de recursos hídricos ou em operações nos tratamentos de efluentes líquidos. Foram obtidas soluções para o caso laminar e turbulento considerando modelo kappa-epsilon para um volume de controle com geometria cartesiana bidimensional. O método de resolução das equações parciais usado foi o dos volumes finitos. Os valores das viscosidades turbulentas calculadas convergiram com valores muito próximos dos encontrados experimentalmente num período de tempo de 5 (cinco) segundos, após esse período de tempo, os resultados divergiram muito dos experimentais, mesmo com grande refino de malha, o que sugere mudança de estratégia na proposição do modelo de turbulência. / The present work refers to the phenomenological modeling of the air bubbles transfer movementto the liquid phase, numerical simulation with integrations of Ordinary Differential Equations (ODEs) and Partial Differential Equations (PDE\'s), compared with experimental results. Such models contribute to the turbulent transport, which are needed to assess the nature of the flows, in situations while monitoring water resources or in operations of wastewater treatment. Solutions were obtained considering the case laminar or turbulent using kappa-epsilon model. The calculated kinematic viscosities values diverged greatly from experimental results, suggesting the necessity of strategy changes in the proposed turbulence model.

Com os grandes avanços ocorridos na disponibilização de computadores, existe uma tendência contínua para a utilização de técnicas computacionais auxiliando no projeto de equipamentos de engenharia. Cada vez mais estão se obtendo resultados bastante próximos às condições reais, incluindo a simulação de motores de combustão interna. Neste sentido o presente trabalho tem o objetivo de analisar o escoamento turbulento no processo de admissão de ar em um motor operando em ciclo Diesel. A investigação é focada na determinação da influência do passo de tempo no cálculo do coeficiente de descarga e razão de swirl. Adicionalmente, o campo de velocidades, pressão, energia cinética turbulenta e outros parâmetros são apresentados e analisados, com o objetivo de auxiliar no entendimento da dinâmica envolvida. Essencialmente, dois modelos de turbulência são empregados, juntamente com dois tratamentos de parede. Seus resultados também são confrontados e discutidos. A geometria considerada é de um motor Fiat 1.9 L quatro tempos com duas válvulas. A análise é concentrada em um único cilindro. O pacote computacional utilizado é o Star-cd, e seu aplicativo es-ice. A independência de malha foi obtida, chegando a 1.672.056 volumes. Os resultados são apresentados de duas formas. A primeira delas refere-se a resultados de simulações em regime permanente, realizadas em boa parte por outros autores, com ênfase na determinação do coeficiente de descarga e razão de swirl, estes confrontados com valores experimentais, visando à validação da metodologia. Fica evidente a importância da escolha do modelo de turbulência na simulação de motores de combustão interna, assim como das funções de interpolação utilizadas. Na segunda parte os resultados referem-se a uma análise transiente, considerando o movimento do pistão e válvulas, a 1500 RPM. Observa-se a grande exigência quanto ao passo de tempo requerido no transiente real, ficando demonstrado que para esta velocidade o menor passo de tempo utilizado, 0,05° (5.5555E-6 s), ainda é insuficiente para alguns momentos do ciclo. É possível notar maior influência no coeficiente de descarga do que na razão de swirl, em relação aos passos de tempo utilizados. A forte dependência do modelo de turbulência nos resultados obtidos é mais uma vez confirmada, conforme o esperado, já que as hipóteses sobre a física do fenômeno são diferentes em cada modelo. Os resultados quanto ao tratamento na parede não apresentaram significantes diferenças, quando aplicados junto ao modelo de turbulência k-ω SST. / Considering the increase in the availability of computers, there is a continuing trend toward the use of computational simulation aiding in the design of engineering equipments. Reasonable results, close to the real conditions, are obtained, including the simulation of internal combustion engines. In this way, the present work has the objective of analyzing the turbulent flow in the air intake process of an engine operating in Diesel cycle. The investigation focuses on the determination of the time step in the calculation of the air discharge coefficient and swirl ratio. Additionally, the turbulent kinetic energy, pressure and velocity fields, besides other parameters, are presented and analyzed, with the objective of aiding in the understanding of the involved dynamics. Essentially, two turbulence models are employed, together with two wall treatments. Their results are also confronted and discussed. The considered geometry is a four-stroke, 1.9-L FIAT engine, with two valves. The analysis is concentrated on a single cylinder. The software package used is the Star-cd, and its application es-ice. The mesh independence is carried out, arriving in 1.672.056 volumes. The results are presented in two ways. The first one refers to simulation results of the steady state, also accomplished by other authors, with emphasis in the determination of the discharge coefficient and swirl ratio. These data are confronted with experimental values, aiming to validate the applied methodology. The importance of the choice of the turbulent model becomes evident in the simulation of internal combustion engines, as well as the interpolation functions used. In the second part the results refer to a transient analysis, considering the valves and piston movement, at 1500 rpm. It is observed the great demand on time step required is observed for the real transient, demonstrating that, for this speed, the smallest time step used, 0.05º (5.5555E-6 s), is still insufficient for some moments of the cycle. Also regarding the time step, it is possible to notice a greater influence in the discharge coefficient than in the swirl ratio. The strong dependence of the turbulence model on the results is once again confirmed, as expected, since the hypotheses about the physics of the phenomenon are different in each model. The results, regarding the wall treatment, presented no significant differences, when applied together with the SST k-ω turbulence model.

Este trabalho apresenta a proposta de topologia para um atuador planar sem núcleo ferromagnético na armadura, sua análise teórica em termos de forças de tração que nele atuam, seu desenvolvimento e resultados teóricos e experimentais obtidos como base em um protótipo construído. O atuador planar tem características inovadoras: uma armadura estacionária sem ferro com enrolamentos ortogonais e dois carros acoplados magneticamente um ao outro com quatro ímãs permanentes de NdFeB de alto produto energético. A armadura desse estator é composta por enrolamentos planares multifases colocados de tal maneira que dois enrolamentos ortogonais independentes são produzidos e assim definem duas forças de propulsão ortogonais. Cada carro possui uma culatra de aço que suporta os ímãs permanentes e que está ligada a uma estrutura de suspensão mecânica para permitir o movimento bidirecional sobre a área definida pela armadura. Esse tipo de atuador pode ser usado em aplicações que requerem o movimento em qualquer direção ao longo de um plano. O protótipo desenvolvido neste trabalho foi testado com a finalidade de validar suas características estáticas de operação com relação à análise numérica e o modelo analítico. Os valores de densidade de fluxo magnético no entreferro e de força planar de propulsão, obtidos através de ensaios, apresentaram uma boa aproximação em relação aos valores obtidos através da simulação numérica e do modelo analítico. Para os ensaios de força normal este trabalho preocupou-se em analisar numérica e experimentalmente os resultados, que também apresentaram valores convergentes e satisfatórios para os itens propostos. Para os ensaios do atuador planar com regulagem de entreferro de 12 mm e 24 mm foram encontradas sensibilidades médias da força planar de propulsão de 7,19 N/A e 4,13 N/A respectivamente. / This work presents a proposal of topology of a planar actuator with an ironless armature core, its theoretical analysis in terms of the driving forces that acting on the actuator, its development, the theoretical and experimental results obtained for an implemented prototype. Such planar actuator has innovative features: a stationary and ironless armature core with orthogonal planar windings and two cars magnetically coupled to each other by means of four high energy-product NdFeB permanent magnets. The stator of the actuator comprehends an ironless core with two sets of multiphase windings placed in such a way that two independent orthogonal windings form the armature in a way that allows the yielding of two orthogonal propulsion forces. Each car has a back iron which supports two permanent magnets and is supported by a suspension structure to allow bidirectional movement of the coupled cars. This type of actuator can be used in applications that require the movement in any direction over a plane. The prototype of this study was tested in order to validate their static characteristics of operation with respect to the numerical analysis and the analytical model. The values of magnetic flux density in the air gap and the planar propulsion force obtained through testing, showed a good agreement with the values obtained by numerical simulation and analytical model. The normal force tests showed good agreement with the results of the numerical analysis. The tests of planar actuator with air gaps of 12 mm and 24 mm were found to produce an average sensitivity of the planar propulsion force of 7.19 N/A and 4.13 N/A respectively.

O presente trabalho utiliza o método Design Construtal para desenvolver o estudo numérico de uma configuração de caminhos de alta condutividade de geometria trifurcada que minimiza a resistência ao fluxo de calor, quando a área do caminho trifurcado é mantida constante. O objetivo deste trabalho é o estudo da influência da geometria sobre o desempenho térmico do sistema bem como a otimização do mesmo, assim obtendo uma configuração que minimiza a resistência térmica para cada condição imposta. São apresentadas as considerações e hipóteses utilizadas para a análise, obtendo a equação do calor regente e as condições de contorno do problema, bem como a função objetivo. Para a solução numérica da equação da condução do calor, é utilizado o software MATLAB ®, especificamente as ferramentas PDETOOL, Partial Differential Equations Tool, e GA, Algoritmo Genético. A resistência térmica é minimizada para cada grau de liberdade. A cada nível de otimização, a influência do grau de liberdade em questão é estudada, obtendo um mapeamento da importância de cada grau de liberdade sobre o sistema trifurcado. Também são obtidas as configurações ótimas para diferentes frações de área. Posteriormente, é estudado o comportamento da configuração ótima do sistema para diferentes temperaturas do final das bifurcações do sistema, mostrando que, para as temperaturas estudadas neste trabalho, a configuração ótima não se altera, apenas a resistência térmica, com a alteração na temperatura do sumidouro direito sendo mais influente sobre essa, seguida do sumidouro central e, por fim, do sumidouro esquerdo. Finalmente, este trabalho mostra, com esses resultados, que a geometria ótima é aquela que melhor distribui as imperfeições do sistema, de acordo com o princípio da ótima distribuição das imperfeições e, também, possui robustez quanto às pequenas imperfeições inseridas no sistema. / The present work employs Constructal Design method to develop a numerical study of a triforked high conductivity pathway that minimizes the heat flow resistance when the triforked pathway area is kept constant. The objective of this work is the study of the influence of the geometry over the thermal performance of the system as well as the optimization of the latter, thus obtaining a configuration that minimizes the thermal resistance for each imposed condition. The considerations and hypothesis for the analysis are shown, obtaining a reigning heat equation and boundary conditions for the system, as well as the objetctive function (minimization of the maximum temperature). For the numerical solution of the heat conduction equation, it is utilized MATLAB ® software, specifically the PDETOOL, Partial Differential Equations Tool, and GA, Genetic Algorithm, toolboxes. The thermal resistance is minimized for every degree of freedom. In each level of optimization, the influence of the degree of freedom in question is studied, obtaining a mapping of the importance of each degree of freedom over the performance of the triforked pathway. Optimal configurations are also obtained for different area fractions. Posteriorly, the behavior of the optimal geometry is studied for different temperatures of the branches of the system. Results show that, for the temperatures studied in this work, the optimal configuration does not change, only the thermal resistance, with the increase of temperature of the right sink being more influential over it, followed by the temperature of the middle sink and, at last, the temperature of the left sink. Finally, this work shows, with these results, that the optimal geometry is the one that better distributes the imperfections of the systems, which is in accordance to the principle of the optimal distribution of imperfections, while possessing a certain robustness over small imperfections inserted in the system.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:36:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2162_1.pdf: 3438669 bytes, checksum: 36edd82ab98a2cf9ecab10dfab89b7a6 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco / Alem do uso doméstico, a energia solar possui amplo potencial de aplicação em processos industriais. Hoje a maioria desses processos utiliza como fonte energetica combustíveis nao renováveis ou biomassa, cuja queima provoca os impactos ambientais já conhecidos. A utilização ao da energia solar pode reduzir a dependência do uso desses combustíveis e os seus conseqüentes impactos ao meio ambiente. O objetivo desse trabalho é fazer um estudo de viabilidade técnicoeconômica de um sistema de aquecimento de água solar aplicado a uma lavanderia na cidade de Recife, no nordeste do Brasil. Para a realização do estudo foi feita a modelagem e simulação do comportamento termico de um sistema de coletores planos. O dimensionamento do sistema utilizou como parâmetro a economia do ciclo de vida anualizada do sistema solar comparado ao sistema já instalado na indústria, que utiliza gás natural como combustível. Os resultados mostraram que a redução de combustível a ser conseguida através do aquecimento solar é suficiente para tornar viável a utilização dessa fonte alternativa de energia neste tipo de indústria

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-03-18Bitstream added on 2014-06-13T21:02:05Z : No. of bitstreams: 1 sano_dmc_dr_bauru.pdf: 2390435 bytes, checksum: c70bb14dca9d8503f9a9ce373ebe90a2 (MD5) / Neste trabalho foi realizada a simulação numérica da fase líquida no processo de deposição de filmes finos pela técnica de molhamento (dip-coating), via sol-gel, utilizando como aplicação soluções precursoras de dióxido de estanho (Sn'IND. 2'). Dióxido de estanho é um semicondutor transparente de gap largo, amplamente utilizado em muitos tipos de dispositivos. Além da técnica convencional, o trabalho analisa uma nova proposta da técnica de deposição dip-coating onde a solução se encontra em uma temperatura diferente da ambiente. Para ambas as técnicas foram realizadas a modelagem matemática dos problemas e desenvolveu-se um método numérico apropriado baseado no método MAC (Marker and Cell). O problema foi resolvido em coordenadas cartesianas bidimensionais e as equações foram discretizadas pela técnica de diferenças finitas. Os resultados numéricos são visualizados por meio da distribuição de temperatura e vetores velocidade da solução precursora, que fornecem subsídios para investigação da influência dos vetores velocidade na obtenção de filmes com boas propriedades, em relação à uniformidade e homogeneidade. Verifica-se que estas características refletem diretamente na qualidade óptica dos filmes investigados, tornando-se parâmetros importantes para aplicações em dispositivos opto-eletrônicos. Através dos resultados numéricos verificou-se que nas regiões do fluido próximas ao substrato, os módulos dos vetores velocidade são maiores, há uma maior quantidade de material sendo depositado. Notou-se também, através da distribuição de velocidades em direção ao substrato que o filme tem uma melhor uniformidade na sua espessura quando os vetores velocidade possuem os valores de seus módulos mais próximos uns dos outros. Portanto, mudando os parâmetros iniciais de viscosidade, densidade, velocidade de imersão/emersão do substrato ou temperatura no fluido pode-se estudar o comportamento. / In this work, the numerical simulation of liquid phase in the thin film deposition, by the sol-gel-dip-coating technique, was carried out. The method was applied to tin dioxide (Sn'IND. 2') solutions. Tin dioxide is a transparent semiconductor of wide bandgap, extensively used in many types of devices. Besides the conventional procedure, this work analyses a new proposal for the deposition technique, where the solution is heated above room temperature. In both cases, the mathematical modeling was done and the appropriated numerical method was developed, based on MAC (Marker and Cell) approach. The problem was solved in two-dimensional Cartesian coordinates and the equations were discretized by the finite difference technique. The numerical results are visualized through temperature and vector velocity distributions in the precursos solution, yielding subsides to the investigation of the influence of vectors velocity in the deposition of good property films, concerning uniformity and homogeneity. It was verified that these characteristics point directly toward the optical quality of investigated films, becoming important parameters for application in optoelectronic devices. The numerical results allow verifying that in the fluid regions close to the substrate, where the velocity modulus is highter, there is a larger amount of material being deposited. It was also noticed, through the velocity distribution towards the substrate, that the film has a better thickness uniformity when the vectors velocity have modulus values closer to each other. Therefore, changing initial parameters such as viscosity, density, substrate dipping rate or fluid temperature, it is possible to evaluate the fluid behavior during the thin film deposition.

Ultrassonografia (US) é usada por médicos para ajudar em diagnósticos e intervenções. Ela fornece uma visada tomográfica de órgãos internos como, por exemplo, pâncreas aorta, fígado, bexiga, rins e baço. O médico pode utilizar a US para realizar apenas uma avaliação visual ou pode também comprimir o tecido para analisar a dinâmica, uma vez que a elasticidade da lesão pode estar relacionada à patologias. Consequentemente, diversos procedimentos computacionais vem sendo desenvolvidos com o intuito de fornecer ao médico informações acerca das propriedades elásticas do tecido. Entretanto, uma avaliação completa e objetiva dos procedimentos computacionais sobre US pode ser dificultada pelo difícil acesso a imagens com as propriedades desejadas ou pela falta de padrão-ouro para ser utilizado como referência. Portanto, nós desenvolvemos uma ferramenta capaz de criar phantoms numérico que imitam a compressão induzida por um médico através de um transdutor. A deformação do tecido é baseada em método doe elementos finitos e o deslocamento dos espalhadores é calculado usando isomorfismo linear. Depois do deslocamento dos espalhadores, Field II foi utilizado para simular o ruído Speckle. Assim, foi possível a criação de uma sequência de imagens de US com deformação realística. Este método foi implementado em Matlab e está disponível para download sem custos. A deformação do phantom foi validada através da medição de contraste de compressão em phantoms de duas camadas. Uma atenção especial foi dada a doenças cardiovasculares devido ao impacto que essas patologias causam no cenário médico do Brasil e do mundo. Nas últimas décadas, a prevalência de patologias cardiovasculares têm crescido progressivamente e se tornou uma séria questão de saúde pública. Elas estão entre as maiores causas de mortes, internações e gastos com saúde. Na prática intervencionista, o ultrassom intravascular (IVUS) é utilizado para obter informações do vaso sanguíneo e de eventuais patologias. Portanto, foi desenvolvida também uma simulação numérica de phantoms de IVUS. A simulação do vaso sanguíneo também se baseou em método dos elementos finitos e isomorfismo linear. Contudo, uma simulação confiável de IVUS deve considerar o caminho do cateter no interior do vaso sanguíneo, porque isto determina a posição do transdutor. Portanto, nós desenvolvemos um novo método, baseado em equilíbrio de forças, para determinar a posição de menor energia do cateter. O método foi validado através da comparação da posição estimada com a posição de um fio-guia de aço real e apresentou erro quadrático médio e média Hausdorff menor que 1 mm para ambos. Foram utilizados dois métodos diferentes para rastrear e estimar a deformação de determinadas estruturas no tecido: Optical Flow e 2D Block Matching. Foi aplicado uma implementação inovadora de 2D Block Matching com interpolação sub-pixel linear e propagação de deslocamento. Posteriormente, a validação será feita comparando-se a o movimento estimado com o padrão-ouro numérico utilizado para construir a simulação. O 2D block matching forneceu resultados melhores que o optical flow. Após a análise em phantoms numéricos, equipamento real de ultrassom foi utilizado para aquisição de imagens modo-B de phantoms físicos. Então, nós realizamos a estimativa do movimento das estruturas para analisar as propriedades morfológicas e dinâmicas do tecidos. Os resultados obtidos foram comparados com a elastografia fornecida pelo equipamento. Em acordo com os resultados obtidos na simulação numérica, o 2D block matching novamente apresentou resultados melhores que o optical flow. Finalmente, os dois métodos de rastreamento foi aplicada em imagens simuladas de IVUS, que foram divididas em 2 conjuntos de quadros. O primeiro conjunto, S1, continha todos os quadros da sequência de IVUS e o segundo conjunto, S2, continha apenas os quadros correspondentes a uma fase específica do ciclo cardíaco. Sendo assim, foi analisado o balanço entre o impacto do movimento cardíaco e a taxa de quadros. Para os pontos localizados nas bordas dos objetos, Optical flow teve um bom desempenho para ambos S1 e S2. Em regiões homogêneas, entretanto, o optical flow foi capaz de rastrear os pontos em S2, sugerindo que é melhor o trabalho com movimento cardíaco reduzido em detrimento da taxa de quadros, tal qual a aquisição de IVUS engatilhado por ECG. Já o 2D block matching apresentou um mau rastreamento para todos os pontos selecionados. Além da simulação da aquisição de ultrassonografia com deformação e do rastreamento de estruturas, também desenvolvemos uma nova técnica de filtragem capaz de remover a textura speckle sem borrar as bordas. A técnica proposta apresentou os melhores resultados quando comparados com outros nove filtros da literatura. Foi desenvolvida também uma nova métrica que utiliza o ruído speckle da própria imagem para fornecer um parâmetro que pode ajudar o usuário a decidir o tamanho da janelo de um filtro. / Ultrasonography (US) is used by physicians to help on diagnosis and interventions. It provides tomographic views of inner organs such as pancreas, aorta, inferior vena cava, liver, gall bladder, bile ducts, kidneys and spleen. The physician may utilize US to perform only a visual assessment or may also compress the tissue to analyze its dynamics, since lesion elasticity may be related to dangerousness. Consequently, several computational procedures have been developed in order to provide information about the elastic properties of the tissue. However, a thorough and objective evaluation of US computational procedures may be hindered by the difficult access to US images with the desired features and the lack of gold-standard parameters. Therefore, we developed a tool that is able to create numeric phantom that mimics the compression induced by physician with the transducer. The tissue deformation was based on finite elements method and the displacement of the scatterers were calculated using linear isomorphism. After the scatterer displacement, Field II was used to simulate the speckle noise. Thus, it is possible to create a sequence of US images with realistic deformation. This technique was implemented in Matlab and is available for free download. The phantom deformation was validated by measuring the strain contrast from double-layered phantoms. Special attention was given to cardiovascular diseases due to their impact on Brazilian and world populations. During the last decades, the prevalence of cardiovascular pathologies has increased progressively, and has become a serious public health problem. They are among the major causes of death, hospitalizations and health expenses. In interventionist practice, intravascular ultrasound (IVUS) is used to obtain information about blood vessels and eventual pathologies. Therefore, we also created numeric IVUS phantoms. The simulation of the blood vessel was also based in finite elements method with linear isomorphism. However, a reliable IVUS simulation must consider the catheter path inside the blood vessel, because it determines the position of the transducer. Hence, we developed a new method, based on equilibrium of forces, to determine the minimum energy position of the catheter. The method was validated by comparing its position with the position of a real stainless steel IVUS guidewire and presented root mean squared error and Hausdorff mean smaller than 1 mm for both. We used two different techniques to track and estimate deformation of different structures in the simulated US images, namely, Optical Flow and 2D Block Matching. We applied an innovative implementation of 2D block matching with sub-pixel linear interpolation and displacement propagation. Then, the estimated deformation from both methods were compared with the numeric gold-standard, and 2D block matching presented better results than optical flow. After the work with numeric phantoms, real US equipment was utilized to acquire B-mode images from a physical phantom. Then, we performed the movement estimation of the imaged tissue to analyze its morphological and dynamic properties. The results were compared to the elastography images provided by the US equipment. In accordance with the results from the numeric simulation, 2D block matching presented better results than Optical flow. Finally, we performed the two speckle tracking on a set of numerically simulated IVUS images, where the images were divided into two sets of frames. The first set, S1, contained all the frames from the IVUS sequence and the second set, S2, contained only the frames corresponding to a specific phase of the cardiac cycle. Thus, we analyzed the trade-off between the impact of the cardiac motion and low frame rate. For the points located at the edges of the object, optical flow had a good performance for both S1 and S2. In homogenous regions, however, optical flow was able to track the points only in S2, suggesting that it is better to work with low frame rate and reduced cardiac motion, as in EKG-triggered IVUS acquisition. 2D block matching presented poor results in all points of both S1 and S2. Besides the simulation of ultrasound acquisition with deformation and structure tracking, in this work, we also developed a new filtering technique that is able to remove the speckle texture without blurring the edges. The proposed filter presented the best results when compared to other nine filters from the literature. We also developed a metric that uses the speckle texture of the image to provide a parameter that may help the user decide the size of the window of the filter.

As curvas limite de conformação (CLC) permitem representar de maneira abrangente a estampabilidade de uma chapa e tem sido empregadas largamente como critério na otimização do processo de estampagem e no projeto de matrizes. Os ensaios simulativos Nakazima são comumente utilizados na determinação das curvas CLC mas suas posições são afetadas devido ao atrito do punção com a chapa e desta com a matriz. Adicionalmente, são demorados e dispendiosos porque exigem 10 corpos de prova (c.p.) de dimensões diferentes e pelo menos três c.p. de cada uma destas dimensões para fins estatísticos perfazendo a quantidade mínima recomendada de 30 corpos de prova. A necessidade da gravação de rede de círculos nas superfícies de todas as amostras bem como as leituras ópticas das elipses após as deformações oneram e atrasam mais a obtenção das CLC. A presente pesquisa baseou-se no aço da qualidade livre de intersticiais (IF) e no aço SAE 1050 coalescido e buscou determinar o ponto CLC0, raiz das curvas CLC e crítico para a estampagem, de modo mais rápido e barato que os ensaios simulativos. Assim, o ensaio intrínseco de tração uniaxial em estado plano de deformação foi aplicado utilizando menor quantidade de amostras. O ensaio Nakazima e Análises por Elementos Finitos (FEM) também foram executados nos aços sob estudo, de modo a permitir comparações dos valores CLC0. Os resultados de CLC0 obtidos pelos ensaios de tração uniaxiais em estado plano de deformação mostraram-se inferiores àqueles apresentados pela análise por elementos finitos e pelo ensaio não planar Nakazima, especialmente em relação a este último. A influência de trações unidirecionais e também ortogonais em estado plano de deformação sobre a rugosidade superficial das chapas, CLC0 e seu estado de tensões (CLT0) e sobre a textura também foi analisada. Desta forma, CLC0 e rugosidade mostraram-se dependentes da trajetória de deformação ao contrario de CLT0. A textura do aço IF, forte no estado recozido, foi fortalecida na direção DL e enfraquecida na direção DT em qualquer das duas trajetórias de deformação. / The forming limit curves (FLC) are used to reveal sheet metal formability and it is largely used in the stamping process optimization and in the project of dies. The measurements of FLC points are made by simulative tests (for example, the one named after Nakazima) which are very complex and costly procedures: around thirty specimens with different measures; engraving of circles grid in metallics surfaces and also, plastics strains and optical lectures are required. The present work used interstitial free (IF) and SAE 1050 spheroidized steel sheets. The aim was to investigate the precision of a simplified test, called near plane tensile test, wich is simpler and less dispendious, allowing the determination of the critical value to formability called FLC0 by a intrinsic plane strain test, which uses smaller sample numbers. The FLC0 value was obtained also by Nakazima simulative test and Finite Elements Analysis (FEM) to allow comparisons with plane strain tests. The results of FLC0 obtained by plane strain tension tests are smaller that similar values provided through FEM and Nakazima tests, but these differences can be attributed to deficiencies in these procedures, so the plane strain tensile values are presumably more reliable. The numerical analysis FEM ignores texture evolution during plastic strain, which is a possible factor to explain the differences. The Nakazima test showed largest FLC0 parameter in all cases, which is attributed to geometric factors. Evolution of sheet roughness, crystallographic texture and their correlation with the obtained FLC0 values were also investigated in addition to applying plain strain uniaxial and orthogonal tensile tests. The type of deformation trajectory influenced the FLC0 point and roughness, but the tension point FLSC0 associated to FLC0 was invariant. Texture depends on deformation trajectory and its intensity increases with the deformation along rolling direction.