Os tubos de Geradores de Vapor em Reatores Nucleares do tipo PWR são submetidos a diferentes níveis de tensões e carregamento em altas temperaturas, reduzindo sua vida útil devido o surgimento de defeitos e corrosão. A inspeção por Correntes Parasitas é um ensaio não destrutivo usado para diagnosticar defeitos de corrosão e descontinuidades na superfície externa e interna em tubos de trocadores de calor. Esses tubos estão sujeitos a danos por diferentes mecanismos de degradação mecânica e química, tais como trincas por fadiga e corrosão sob tensão. Os sinais de inspeção por Correntes Parasitas são afetados por diferentes ruídos dificultando sua análise pelo inspetor. Esse trabalho apresenta os resultados da análise dos sinais de Correntes Parasitas usando a Transformada de Hilbert-Huang (THH) funcionando como filtro de ruídos (De-noising), como uma técnica alternativa de processamento e análise de sinais. A Transformada de Hilbert-Huang teve esse nome atribuído pela agência espacial norte-americana (NASA) para o resultado da reunião de dois processos, um método de decomposição empiricamente modal (Empirical Mode Decomposition EMD), seguido da análise espectral de Hilbert (Hilbert Spectral Analysis HSA). Os sinais de inspeção por correntes parasitas possuem características de transiente, não estacionário e não linear. A transformada de Hilbert-Huang aplicada neste trabalho forneceu dois recursos alternativos em processamento de sinais; o pré-processamento que funcionou como filtro de ruídos, e outro de análise de sinais, responsável pela identificação das características tempo-frequência-energia do sinal. / The nuclear power plant steam generator tubes are subjected to different levels of stress and loading at high temperatures, reducing its lifetime due to the development of defects and corrosion. The Eddy Current Testing (ECT) is a nondestructive testing used to diagnose defects of corrosion and discontinuities in the inner and outer surface of heat exchanger tubes. These tubes are subject to failure by different mechanisms of chemical and mechanical degradation such as fatigue and stress corrosion crack. The ECT signals are affected by different noises making the analysis a difficult task to the inspector. This dissertation presents the results of the main characteristics from the ECT signals using the Hilbert-Huang Transform (HHT) as an alternative method for the processing and signal analysis. The Hilbert-Huang Transform has its name given by the American National Aeronautics and Space Administration, NASA, as the result of Empirical Mode Decomposition (EMD) and the Hilbert Spectral Analysis (HSA) methods. The Eddy Current signals are transient, nonstationary and nonlinear. The Hilbert-Huang Transform applied in this work provided two alternative proceedings in signal processing, one in signal pre-processing acting as noise filter (De-noising) and another as signal analysis, which identifies the characteristics of signal time-frequency-energy.

Este trabalho teve como objetivo estudar detalhadamente as propriedades do vapor gerado pela ablação de um alvo sólido de tungstênio por um laser de Cu-HBr, tais como: densidade de átomos, neutros ou ionizados, e a distribuição de velocidades destas mesmas espécies, e obter informações sobre mecanismos de redução das cargas elétricas, de gotículas e de aglomerados no vapor com o objetivo de se obter um jato de vapor monoatômico e neutro, para aplicação de crescimento de filmes finos e espectroscopia de fotoionização. Foram desenvolvidas e testadas três técnicas de monitoramento da pluma de vapor: sensores de PVDF, sondas de Langmuir e ion-gauge. Destas, as duas primeiras se mostraram simples e eficazes para a determinação da distribuição de velocidade de jatos monoatômicos, com a obtenção de parâmetros como temperatura translacional e velocidade de deriva da pluma.

Neste trabalho foram realizados estudos experimentais com objetivo de caracterizar um jato de plasma gerado pelo processo de ablação a laser de vapor de cobre em amostras metálicas (alumínio, cobre e tungstênio). Apesar de poucas referências citarem o laser de vapor de cobre no processo de evaporação de metais, verificou-se que sua utilização no processo de ablação é interessante, por apresentar alta taxa de repetição (kHz). Nos experimentos para esta caracterização utilizou-se uma sonda de Langmuir na configuração cilíndrica, e os parâmetros medidos do jato de plasma foram: temperatura e densidade de elétrons, densidade de íons e velocidade de expansão das partículas do plasma. Os resultados destes parâmetros foram obtidos em função do tempo, da intensidade do laser de vapor de cobre e da distância entre o alvo e a sonda. O limiar de intensidade do laser no processo de ablação dos metais também foi inferido, de forma teórica e experimental. A análise dos resultados deste estudo foi embasada pela Teoria de Sonda de Langmuir juntamente com aproximações da Teoria de Expansão Hidrodinâmica, adequada para tratamento de plasmas em expansão. Os valores típicos de temperatura de elétrons foram da ordem de 15 eV, de densidade de elétrons e íons foram da ordem de 108-109/cm3 e de 109-1010/cm3, respectivamente. O valor de velocidade de expansão do plasma, foi da ordem de 10 km/s para todas as amostras evaporadas.

Processos que envolvem ablação a laser de alvo metálico tem sido foco de estudos atuais devido ao interesse em aplicações como propulsão a laser e devido ao interesse das agências de pesquisa na área de energia como o IPEN - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares. O presente trabalho tem por objetivo calcular propriedades como temperatura de excitação e população dos níveis excitados de uma pluma de plasma gerada por ablação a laser de alvo metálico, mais especificamente, determinar parâmetros do plasma gerado por ablação de um alvo de molibdênio no estado sólido usando um laser de Nd:YAG. Assim, este trabalho se torna parte de um projeto cuja intenção é realizar a separação isotópica do molibdênio, produzindo o isótopo 99Mo para aplicações em diagnósticos médicos. Através dos estudos realizados foi possível alcançar um entendimento sobre a formação da pluma de plasma de molibdênio. O perfil de profundidade permite entender a composição da pluma no que diz respeito à proporção entre átomos neutros e ionizados. Assim, foram feitas comparações dos espectros de emissão experimentais com espectros sintéticos - construídos baseados em dados da literatura, determinando-se a temperatura de excitação do plasma de molibdênio. Além disso, os dados foram corroborados através dos cálculos realizados por meio de métodos gráficos como de Boltzmann e Saha-Boltzmann. Finalmente, puderam-se quantificar as populações relativas dos estados eletrônicos excitados.

O estudo de filmes de carbono-tipo diamante (DLC) é atualmente de grande interesse da comunidade científica e tecnológica devido às suas propriedades, como baixo coeficiente de atrito, elevada dureza, inércia química, alta aderência a superfícies metálicas com diferentes formas e obtenção em grandes escalas. As suas propriedades podem ser significativamente aumentadas pela presença de nanopartículas em sua estrutura, com substanciais mudanças em suas propriedades tribológicas e mecânicas. O foco da investigação deste trabalho está centrado na obtenção de filmes de DLC com cristais de diamante incorporados em sua estrutura, a partir de altas taxas de deposição, utilizando um sistema 3D barato e escalonável, o que ainda não tinha sido possível de se obter. As vantagens desse novo filme estão em combinar as propriedades de dureza, baixa rugosidade, coeficiente de atrito e biocompatibilidade, tanto do diamante-CVD cristalino como do DLC, adicionando as possibilidades de obtenção desse novo material híbrido em grandes áreas e altamente aderente aos substratos metálicos. Os resultados mostram: (1) a deposição de filmes de DLC a partir de diferentes líquidos hidrocarbonetos, obtendo assim altas taxas de crescimento; (2) esses líquidos hidrocarbonetos permitem a incorporação de nanopartículas diversas nos filmes pela dispersão de partículas no líquido; (3) filmes de DLC contendo nanopartículas de dióxido de titânio foram produzidos e sua ação bactericida comprovada; (4) filmes de DLC contendo nanopartículas de diamante cristalino foram produzidos pela primeira vez, por um processo totalmente inédito; (5) a homogeneidade dos filmes de DLC contendo nanopartículas de diamante foi avaliada sob diferentes formas de operação (carga e velocidade); (6) uma nova aplicação para os filmes de DLC contendo partículas de diamante foi descoberta: a proteção contra corrosão; (7) esses filmes também mostram-se eficientes contra a tribocorrosão. Dessa forma, espera-se ampliar o potencial de aplicação para a utilização em áreas sujeitas ao atrito em ambiente corrosivo.

O processo de condensação de vapor no interior de turbinas danifica sua superfície interna e as palhetas dos rotores, além de diminuir a eficiência termodinâmica nessa região. Para estudar o processo de condensação de vapor em estágios de turbinas, foi proposto neste trabalho uma simplificação da geometria, estabelecendo o escoamento de vapor úmido em uma grade de bocais baseado no modelo de rotor de uma turbina a vapor real. Um estudo preliminar do bocal supersônico de Laval 2D (convergente-divergente) foi realizado devido à possibilidade de validar o procedimento de uso do código CFD com base em dados experimentais adequados. O objetivo desta tese é avaliar o escoamento e investigar como a variação dos parâmetros térmicos, como temperatura e pressão, alteram o ponto de início da condensação, analisando a região de nucleação e crescimento das gotículas entre as palhetas da grade. O fenômeno da condensação foi modelado com base na teoria da nucleação clássica. Nesse trabalho, o modelo matemático deste escoamento compressível multifásico foi resolvido numericamente usando o método dos volumes finitos com uma abordagem baseada na densidade com os modelos de turbulência realizável e SST. Os resultados das simulações mostraram que, tanto para o bocal de Laval quanto para a grade de bocais, o fenômeno da mudança de fase é responsável por perdas termodinâmicas significativas no escoamento e que a fração de massa líquida é influenciada diretamente pela temperatura de admissão do vapor e pela diferença de pressão estabelecida entre a entrada e a saída do domínio, atingindo valores elevados em regiões próximas às superfícies das palhetas.

A elevada relação resistência mecânica/peso, alta resistência à corrosão e biocompatibilidade do titânio e suas ligas apresentam-se de grande importância para as indústrias aeroespacial, química, naval e de implantes. Todavia, a produção e processamento do titânio apresentam custos elevados em função de dificuldades oriundas de sua elevada reatividade. Uma alternativa é a produção de peças por metalurgia do pó. O Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA) é o principal centro de desenvolvimento de tecnologia do titânio no país e nos últimos 10 anos desenvolve forte linha de pesquisa relacionada à produção ligas de titânio baseada nas técnicas de metalurgia do pó. Uma das poucas desvantagens da utilização das ligas de titânio está relacionada à sua baixa resistência quando solicitada em situações de desgaste mecânico. Dessa forma, o objetivo desta tese é o desenvolvimento de uma técnica de obtenção de revestimentos de nitreto de titânio por meio de deposição física de vapores utilizando-se um forno de feixes de elétrons (Electron Beam Physical Vapor Deposition - EB-PVD) em substratos da liga Ti-13Nb-13Zr obtida por metalurgia do pó, visando o aumento de sua resistência ao desgaste. A técnica EB-PVD foi escolhida por permitir a obtenção de revestimentos multicamadas, espessos, densos e com elevada adesão. Substratos da liga Ti-13Nb-13Zr, desenvolvida originalmente para aplicação em implantes, foram obtidos a partir da mistura dos pós elementares hidrogenados, seguido por sequencia de prensagens uniaxial e isostática a frio e sinterização sob vácuo. Os revestimentos foram obtidos em um sistema de bicamada Ti/TiN, no qual inicialmente é depositada uma fina camada de titânio puro para aumentar as propriedades de adesão ao substrato. A camada final de TiN é obtida pela ação combinada da nuvem de vaporização do alvo de titânio com um fluxo de nitrogênio direcionado aos substratos. Os revestimentos foram caracterizados por meio de técnicas de microscopias eletrônica de varredura e de força atômica, difração de raios X, análises de microdureza Vickers e ensaios de atrito, desgaste e adesão. Os resultados obtidos demonstraram um aumento significativo dos valores de dureza aliados a significantes resultados de adesão e desgaste, comprovando a funcionalidade do processo desenvolvido sem a necessidade de utilização de métodos especiais de ionização assistida. Pôde ser observada uma evidente tendência à elevação dos valores de microdureza com o aumento da temperatura de aquecimento do substrato e redução da vazão de nitrogênio.

A modificação do tamanho dos poros de um material carbonoso adsorvente por infiltração química assistida à plasma de metano foi objeto deste trabalho. O processo consiste na deposição de carbono pirolítico dentro dos poros de uma amostra de carvão ativado comercial. O reator de plasma é constituído por tubo de quartzo cilíndrico com forno coaxial de 40 cm de comprimento e opera com descarga de corrente alternada. Os experimentos foram realizados com os seguintes parâmetros: pressão 133,3 Pa, fluxo de gás de 20 e 60 sccm, temperatura da parede de 720C e tempo de processamento de 3, 6, 12, 18, 24 e 30 horas. A área de superfície específica foi determinada para meso e microporos usando método de BET pela adsorção de N2 à 77K e adsorção de CO2 à 298K respectivamente. A análise dos resultados mostra um aumento da área de microporos e uma consecutiva diminuição da área de mesoporos. Este efeito pode ser observado também pela microscopia eletrônica de varredura que mostra uma diminuição nos poros detectáveis. Uma região de saturação era esperada na curva da variação na área de microporos, porém o que observou efetivamente foi um aumento neste parâmetro de maneira cada vez mais acentuada para maiores tempos de deposição. Este fato foi explicado como sendo devido à formação de carbono desordenado contendo microporos estruturais na superfície do substrato, como confirmado pela difração de Raio-X.

Neste trabalho, desenvolveu-se um conformador de feixe, composto de um par de espelhos, para otimizar a sobreposição espacial entre o feixe de bombeamento e o feixe a ser amplificado, em um amplificador para laser de corante, o qual é bombeado transversalmente por um laser de vapor de cobre. Esse dispositivo utiliza um par de espelhos próximos, levemente inclinados, para transformar e homogeneizar o feixe de bombeamento. Usando os princípios da Óptica Geométrica e de Fourier foi possível simular numericamente o traçado de raio dentro do par de espelhos e o campo da radiação sobre o plano imagem da abertura da fenda de saída do par de espelhos. Neste trabalho apresentam-se e discutem-se os resultados teóricos e experimentais obtidos, os quais possuem uma boa homogeneização do perfil de intensidade indicando que este dispositivo é adequado para a transformar e homogeneizar feixes de laser na fenda de saída do par de espelhos.

O presente trabalho mostra o estudo de obtenção de filmes finos metálicos, com espessuras nanométricas, por deposição física em fase vapor (PVD). As técnicas de deposição utilizadas foram Triodo Magnetron Sputtering e processos de evaporação resistiva e por feixe de elétrons, com a deposição de filmes de Al, Ni, Ti, Cu, C, CNx e ligas de AlxFey e NixTiy. Filmes destes materiais foram depositados sobre substratos poliméricos de poli(tereftalato de etileno), com espessuras de ~0,1 e 0,01 mm. A caracterização dos filmes envolveu diferentes aspectos, como espessura, composição e o comportamento na atenuação da radiação eletromagnética na faixa de frequências de 8-12 GHz. A correlação dos dados obtidos visou avaliar o desempenho dos nanofilmes como Material Absorvedor de Radiação Eletromagnética (MARE). Como principal resultado tem-se o sucesso do uso da técnica PVD na produção de filmes finos metálicos, muito mais leves que absorvedores convencionais e com excelente desempenho como MARE na faixa de micro-ondas. Observa-se ainda que, os nanofilmes metálicos obtidos caracterizam-se por apresentar espessuras físicas menores que a profundidade de penetração da onda no material e perdas dielétricas. Os resultados experimentais mostram, também, que o desempenho dos filmes na atenuação da radiação incidente é influenciado por diferentes fatores, entre esses, a técnica de deposição, o tipo de metal e a espessura do filme. Dentre a gama de resultados obtidos podem-se citar: filmes de Al com valores de atenuação superiores a 99% na frequência de 9,5 GHz; filmes de AlxFey e NixTiy, obtidos pela técnica de evaporação resistiva, com atenuação superior a 70% em banda larga de frequências (8-12 GHz) e, ainda, a obtenção de estruturas multicamadas, pela adequada combinação de nanofilmes, com melhores desempenhos como MARE.