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  • Dissertação IPEN-doc 30101
    Estudo de compósitos de poli (ácido lático) com celulose extraída da coroa do abacaxi
    2022 - CAMPOS, IVAN D.
    A incessante busca pela redução de poluentes no mundo, principalmente os oriundos dos plásticos sintéticos, faz com que muitos pesquisadores recorram a pesquisas de materiais alternativos. Neste estudo, foram preparados 5 Compósitos de PLA contendo 0,5%, 1,0%, 1,5%, 5% e 10% de fibra de abacaxi. Foram ensaiadas a partir do PLA puro e PLA com adição de fibras, sem acréscimo de nenhum estabilizante ou qualquer outro material nas amostras com 0,5%, 1,0% e 1,5%, com foco na estratégia de verificação do comportamento do PLA com a fibra considerando como referência o PLA puro e as amostras com 5,0% e 10,0% foram adicionadas de compatibilizante Polybond. As fibras foram trituradas e incorporadas no PLA no estado fundido por meio de um moinho de facas e, em seguida, as formulações foram homogeneizadas em uma extrusora dupla rosca. Os corpos de prova foram obtidos em uma prensa a 180ºC e em seguida cortados com gabarito. A caracterização das amostras foi realizada por meio das técnicas de ensaios mecânicos, Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC), Termogravimetria (TGA), Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FT-IR) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). O comportamento do compósito trouxe uma alteração na dureza a partir da adição de fibras no PLA, em torno de 3,8% na amostra PLA + 0,5% Fibra; 8,9% na amostra PLA + 1,0% Fibra; 6,2% na amostra PLA + 1,5% Fibra;13,5% na amostra PLA + 5% Fibra e 6,5% na amostra PLA + 10% Fibra. Quanto ao impacto, o compósito PLA + fibra apresentou um ganho em sua resistência. A matriz com adição de fibras, apresentou uma melhora na resistência à tração. Quanto ao comportamento térmico, observa-se que os compósitos com fibra não apresentam alterações de estabilidade térmica, permanecendo assim, na mesma faixa de degradação do polímero puro e da fibra.
  • Tese IPEN-doc 30100
    Datação de sedimentos do terraço arenoso de São Vicente
    2022 - RIBEIRO, ROGÉRIO B.
    O estudo das planícies costeiras dispõe de diversos métodos de datação. Entre esses métodos, destacam-se a ressonância paramagnética eletrônica (EPR) e a termoluminescência (TL). No entanto, esses métodos ainda apresentam problemas metodológicos, uma vez que são relativamente recentes e não estão perfeitamente calibrados em comparação com os métodos de radiocarbono (14C). Neste trabalho, foram utilizadas amostras de sedimentos coletadas na área continental do município de São Vicente, no estado de São Paulo. Os grãos foram extraídos do sedimento arenoso por meio de tratamento químico com H2O2 (20%), HF (10%) e HCl (15%). A caracterização dos grãos foi realizada por meio do método de EPR, que permitiu avaliar os centros paramagnéticos presentes no quartzo, como os de ferro [Fe]3+, vanádio [VO]2+, centro E'1 representados por [SiO3]+ e [SiO3]3-, titânio [TiO4]0, alumínio [AlO4]0 e peroxy [SiO5]-. Além disso, foram estimadas as idades por TL utilizando o método de múltiplas alíquotas e dose aditiva (MAAD). Os resultados obtidos pela caracterização indicam que os grãos extraídos do sedimento são compostos principalmente por quartzo (95.5%), seguido pela titanita (4.3%) e outros minerais (0.2%). Os centros paramagnéticos de titânio, ferro, vanádio, E'1 e peroxy foram identificados, no entanto, o centro de alumínio não foi identificado. A comparação das estimativas de idade por TL e (14C) valida a abordagem proposta, demonstrando a concordância do uso do sinal TL para datar grãos compostos predominantemente por quartzo e extraídos de sedimento arenoso não recozido. No entanto, é importante ressaltar que as idades obtidas por TL não coincidem completamente com as idades obtidas por 14C. Essa discrepância pode ser atribuída a diferenças nas características dos materiais datados por ambos os métodos, bem como às complexidades inerentes aos processos de datação.
  • Dissertação IPEN-doc 30099
    Avaliação dos parâmetros de produção para otimização microestrutural de pastilhas de dióxido de urânio (UO2)
    2023 - ANTENOR, JOAO P.M.
    O controle da porosidade e do tamanho de grão é necessário para melhorar o desempenho de pastilhas combustíveis, especificamente na capacidade de reter produtos de fissão. Com o objetivo de otimizar a microestrutura de combustível sem o uso de aditivos de sinterização, pastilhas de UO2 foram sinterizadas por 3 h e 4 h a 1500 ºC, 1600 ºC e 1700 ºC.. Não foram observadas variações significativas na porosidade. O maior tamanho de grão médio medido é observado na faixa de 1700 ºC por 4 h, estabelecendo essa condição como ótima. Tal condição foi empregada em pastilhas com razão O/U 2,15 e 2,26 e também em pastilhas oriundas de misturas de UO2 com pós de U3O8 obtidos pela oxidação do UO2 a 400ºC (U3O8 verde) e a 1300ºC (U3O8 queimado) ao ar. A finalidade é avaliar o efeito destas condições no desenvolvimento da microestrutura no processo de sinterização. A adição de U3O8 na proporção de 10% não resultou em incrementos no tamanho de grão. Essa observação foi aplicável tanto ao U3O8 verde quanto ao U3O8 queimado. Apesar da diferença significativa de superfície específica dos dois pós, essa diferença não se influiu no tamanho final dos grãos. Em ambas as misturas, foram obtidos tamanho médio de grão e distribuição de tamanhos de grão compatíveis. Os resultados indicam que a estequiometria afetou o desenvolvimento da microestrutura, promovendo o crescimento dos grãos mesmo em atmosfera redutora. Uma relação O/U de 2,26 resultou em um tamanho médio de grão de 12,4 μm, enquanto uma relação O/U de 2,15, levou a 8,0 μm. Portanto, a sinterização de UO2 com uma relação O/U de 2,26, possivelmente devido à disposição homogênea do U3O8 em sua estrutura e à hiperestequiometria, resultou no resultado experimental mais promissor obtido neste trabalho. O tamanho de grão alcançado foi superior ao valor mínimo aceitável em termos industriais para pastilhas de UO2 pura, sem a utilização de aditivos de sinterização.
  • Dissertação IPEN-doc 30098
    Caracterização de placas de materiais compósitos de polietileno reforçado com fibras de coco de babaçu, casca de castanha e piaçava
    2023 - ARAUJO, ARIANA O.M. de
    Atualmente, é de grande relevância a preocupação ambiental associada com o reaproveitamento de resíduos agroindustriais, este tema tem aumentado o interesse por compósitos poliméricos mais ecologicamente corretos, para tanto a união de pesquisadores com estas questões ambientais tem gerado um novo compo de pesquisa. Este trabalho visa a obtenção de placas de fibras vegetais, proveniente da incorporação do polímero PBAT/PLA (ECOVIO®) com as fibras de coco de babaçu, fibras de casca de castanha e fibras de piaçava, onde 75% dessas fibras são provenientes de resíduos. As fibras do coco de babaçu, fibras de casca de castanha e fibras de piaçava foram caracterizadas, reduzidos a pó fino e submetidas aos ensaios: mecânico, DSC (Differential Scanning Calorimetry) e DRX. A preparação da blenda polimérica Ecovio foi realizada por meio da técnica de mistura mecânica no estado fundido, utilizando uma extrusora dupla-rosca com matriz plana acoplada e máquina de moldagem por injeção, para a obtenção das placas para confecção dos corpos de prova. As amostras de compositos foram avaliadas por ensaio mecânico, DRX (Difração de Raios X) e DSC (Differential Scanning Calorimetry) e as propriedades foram discutidas. O compósito PBAT/PLA/ (Poli butileno adipato co-tereftalato / poli ácido lático) reforçados com fibra de Piaçava apresentou propriedades mecânicas superiores as demais fibras. O ensaio de difração de raios x (DRX) mostrou picos característicos de fibra de origem vegetal, ou seja, as curvas de raio x apresentaram os picos característicos dos materiais, não demonstrando alteração dos mesmos no momento de processamento. No ensaio de resistência à tração a fibra que apresentou um melhor resultado a resistência foi a piaçava. A partir dos exemplos expostos acerca do uso da piaçava na composição de materiais, verifica-se sua potencialidade de aplicação na construção civil e mobiliários, contribuindo diante de um cenário mais sustentável.
  • Dissertação IPEN-doc 30097
    Prospecção tecnológica de ciclos de combustível e reatores nucleares para emprego em propulsão naval
    2023 - BALDUINO, GLEISON W.
    Este trabalho apresenta um estudo sistematizado de ciclos de combustível de fusão e de fissão nuclear com foco na identificação do estado da arte em soluções de reatores nucleares de fissão e de fusão nuclear que tenham potencial de emprego em propulsão naval. Neste intento são descritos diversos ciclos de combustíveis nucleares tanto para reações de fissão nuclear bem como para reações de fusão nuclear. Em meio a cada ciclo são apresentadas soluções de reatores nucleares em diversos níveis de maturidade tecnológica. Cada solução é então analisada e classificada quanto a sua maturidade tecnológica, maturidade produtiva, estágio de desenvolvimento, possibilidade de escalonamento e portabilidade para o emprego naval, adequação quanto a requisitos de doutrinas nacionais de desenvolvimento, quanto ao passivo ambiental vinculado e quanto a dificuldade tecnológica de cada solução tendo em conta o parque industrial nacional. As soluções são organizadas em tabelas e discutidas, pontos positivos para emprego na propulsão naval são apresentados, itens, soluções e linhas de desenvolvimento tecnológico são sugeridos e um prognóstico futuro é apresentado ao final do trabalho, oferecendo ao leitor um panorama atualizado de soluções tecnológicas e de rumos do desenvolvimento tecnológico em andamento.
  • Dissertação IPEN-doc 30096
    Binder-free textile PAN-based electrodes for aqueous and glycerol-based electrochemical supercapacitors
    2023 - BARBOSA, INGRID A.B.
    Amidst different types of energy storage devices, electrochemical supercapacitors have received considerable attention as they close the gap between electrolytic capacitors and batteries. This work addresses electric double-layer capacitors (EDLCs), a type of electrochemical supercapacitor, and has been divided into two parts. In the former, the production and characterization of activated carbon fiber-felt (ACFF) electrodes derived from textile PAN-based fiber have been provided. In the latter, the electrochemical characterization of EDLCs in aqueous electrolytes (acidic and alkaline) and in three types of glycerol-based electrolytes have been investigated. Binder-free ACFF electrodes have a high specific surface area of 1875 m2 g-1, containing 87% of the total volume of pores as micropores (maximum pore width of 3 nm), and a modal distribution of 1.2 nm. Electrochemical impedance spectroscopy, cyclic voltammetry, and galvanostatic charge-discharge techniques were carried out in a symmetric two-electrode setup at room temperature. The results showed that ACFF electrodes are suitable for acidic and alkaline aqueous electrolytes as well as the choline chloride-glycerol hybrid electrolyte (ChCl:GLY) at a molar ratio of 3:1. Among aqueous electrolytes, H2SO4 2 mol L-1 had the most satisfactory electrochemical performance in terms of power and energy, followed by KOH 2 mol L-1 and H2SO4 1 mol L-1. Among the glycerol-based electrolytes investigated in this work, ChCl:GLY (3:1) has the most comparable performance to aqueous electrolytes. Although power density is still limited due to high internal resistance, ChCl:GLY (3:1) is heat-resistant and a promising alternative electrolyte for supercapacitors applications, especially given that glycerol is a by-product of FAME (fatty acid methyl ester) biodiesel.
  • Tese IPEN-doc 30095
    Membranas de troca aniônica baseadas em polietileno aplicadas como eletrólito polimérico alcalino em dispositivos eletroquímicos
    2023 - BARBOSA, ANDREY da S.
    As membranas de troca aniônica (AEM) são materiais ionoméricos usados em dispositivos eletroquímicos alcalinos, como células a combustível, eletrolisadores, baterias entre outros. Uma rota simples de sintetizar AEMs é conhecida como enxerto induzido por radiação (RIG), que frequentemente é dividida em dois métodos - pré-irradiação (PIM) e simultâneo (SM). O presente estudo está divido em três etapas, primeiro, é fornecida uma investigação sistemática do efeito de cada método RIG nas propriedades de AEMs baseadas em polietileno de baixa densidade (LDPE). As AEMs possuem a mesma estrutura molecular, mas propriedades distintas devido às diferenças no grau de reticulação, que é capaz de afetar o transporte hídrico nas AEMs e desempenho de célula a combustível de H2/O2. A segunda etapa compreende uma análise exploratória do método PIM através da dose de radiação, temperatura e atmosfera. A caracterização detalhada das AEMs mostra efeitos marcantes causados pelas condições de pré-irradiação nas propriedades de AEMs baseadas em LDPE. Tais condições têm forte influência no tipo, quantidade e decaimento dos radicais formados durante e após a irradiação, afetando posteriormente o processo de enxertia (uma diferença de 190% é observada). Os resultados experimentais evidenciam que controlar tanto a temperatura de irradiação quanto da atmosfera, minimiza a degradação causada pela radiação, e melhora a estabilidade química da AEM em 120%. Finalmente, a partir dos conhecimentos obtidos nas etapas anteriores, uma AEM ultrafina baseada em polietileno de alta densidade (HDPE) é desenvolvida. Esta AEM compõe um reator eletroquímico de fluxo para oxidação direta de metano via íons carbonato a produtos oxigenados. Parâmetros operacionais como potencial aplicado (0,7-1,4V), temperatura (40-80 ºC), fluxo de metano (50-100 mL min-1), e quantidade de catalisador no ânodo (1-3 mg cm-2) são estudados em um reator de área ativa de 5 cm2 como base para construir um reator de 25 cm2. O reator de 5 cm2 é capaz de gerar metanol como produto majoritário com taxa de 73 μmol g-1 h-1 e seletividade de 75%. O escalonamento do reator para 25 cm2 resulta em 368 μmol g-1 h-1 de metanol com seletividade de 95%. É a primeira vez que um estudo original e sistemático é realizado nas condições descritas, avaliando desde as etapas de síntese de AEMs e correlacionado suas propriedades com testes eletroquímicos.
  • Dissertação IPEN-doc 30094
    Obtenção e caracterização de nitreto de silício com microestrutura macroporosa para aplicação biomédica
    2023 - BARRAVIERA, GUILHERME de C.
    Cerâmicas porosas de nitreto de silício obtidas por processamento coloidal são bastante promissoras em aplicações na área médica, pela sua possibilidade de combinação de propriedades mecânicas e biológicas similares as do osso. Dessa forma, esse trabalho visa obter cerâmicas de nitreto de silício porosas e bioativas para preenchimentos ósseos. Para tanto, utilizaram-se cálcia e sílica como aditivos de sinterização, além de gelatina como agente de conformação para o processamento por gelcasting. Medidas de potencial zeta de suspensões contendo Si3N4, CaCO3 (utilizado como precursor do CaO) e SiO2 foram realizadas, considerando diferentes valores de pH (8 a 12) e concentrações de dispersante (0,5 a 2 % em massa). Além disso, avaliou-se o comportamento das suspensões contendo lauril sulfato de sódio, utilizado como espumante para formação de porosidade. Ainda, amostras foram preparadas utilizando diferentes teores de gelatina, diferentes temperaturas de sinterização e, também, utilizando pós de nitreto de silício calcinado e não calcinado. Assim, as amostras foram analisadas quanto a sua densidade, propriedades mecânicas e, para a análise da microestrutura, utilizou-se microscopia eletrônica de varredura e difratometria de raios X. Os resultados mostraram que pH alcalino, próximo a 10,5 e a adição de 2% (em massa) do dispersante poliacrilato de amônio promoveram maior estabilidade e condições de dispersão. Observou-se, ainda, que a concentração micelar crítica do espumante foi de 0,2% em massa, indicando a quantidade ideal de lauril sulfato de sódio a ser utilizada. Notou-se que temperaturas inferiores a 1600 ºC não promoveram uma total transformação α→β. Além disso, temperaturas mais altas comprometeram a microporosidade do material, tornando as paredes dos poros mais densas. A microestrutura obtida caracterizou-se por grãos alongados de β-Si3N4, contendo rosenhahnita como fase secundária. A partir das condições experimentais adotadas, foi possível obter amostras com poros interconectados e com porosidade acima de 60 %. Os ensaios mecânicos mostraram que as amostras sinterizadas entre 1450 e 1600ºC apresentaram bons resultados de resistência à compressão, comparando com o osso cortical, sendo que temperaturas maiores provocaram um aumento da mesma. Ainda, os materiais produzidos com pó previamente calcinado apresentaram microestrutura com grande quantidade de poros isolados. Isso demostra que os materiais obtidos, com o pó não calcinado, são promissores para aplicações como implantes osteocondutivos.
  • Dissertação IPEN-doc 30093
    Desenvolvimento de estratégias para descomissionamento de reatores nucleares de pequeno porte no Brasil
    2023 - CALDAS NETO, ALVARO B.
    Nos últimos anos, o Brasil tem se empenhado em fortalecer sua estrutura regulatória e o setor nuclear brasileiro como parte de sua visão estratégica para enfrentar os desafios futuros no setor energético. Um desses desafios é a busca por soluções sustentáveis e de baixa emissão de carbono, a fim de atingir as metas de descarbonização e mitigar os impactos das mudanças climáticas. Nesse contexto, o País vislumbra a possibilidade de investir em reatores nucleares como uma fonte eficiente de produção de energia. Todavia, esses reatores, ao término da fase de operação, seja pelo fim de sua vida útil, ou no caso de retirada precoce de operação por acidente, ou por decisão da organização operadora, são descomissionados, em um processo que envolve a descontaminação e o desmantelamento da estrutura e a gestão adequada dos rejeitos radioativos gerados. O processo de descomissionamento é composto por atividades técnicas e administrativas que visam desligar uma instalação nuclear, incluindo a remoção total ou parcial do controle regulatório. Em virtude da complexibilidade envolvida nesse processo, a AIEA recomenda que o descomissionamento de instalações nucleares deva ser executado como um projeto de engenharia, com a diferença que este envolve equipamentos e materiais radioativos que precisam ser manuseados e controlados conforme os pré-requisitos técnicos e regulatórios, colocando-os em condição que não represente um risco inaceitável. O projeto de descomissionamento de uma instalação nuclear começa com a elaboração de um plano preliminar de descomissionamento ainda na fase de projeto de construção da instalação, que acompanha toda a fase de construção e operação. Ao final da vida útil da instalação, é elaborado um plano final de descomissionamento, que deve ser aprovado pelo órgão regulador competente antes do início das atividades de descomissionamento. Assim, o descomissionamento pode levar décadas para ser planejado e executado, além de exigir um investimento significativo para alcançar seu objetivo. Nesse contexto, o projeto de descomissionamento deve ser conduzido por meio de uma estratégia específica, demonstrando sua viabilidade de implementação, alinhada com a estrutura regulatória e considerações técnicas, administrativas, sociais, ambientais e econômicas do país em questão. Com o aumento das atividades nucleares previstas nas políticas e estratégias nacionais e considerando as recentes mudanças regulatórias, foi desenvolvido nesse trabalho um conjunto de estratégias para o planejamento das atividades de descomissionamento de reatores nucleares de pequeno porte já na fase de projeto de construção. Essas estratégias, bem planejadas e sistemáticas, abrangem todo o ciclo de vida do reator deste a sua fase inicial de projeto até o seu descomissionamento e foram embasadas por meio de uma pesquisa bibliográfica sobre o tema e utilizando as técnicas do processo de avaliação de risco descritas na norma ABNT ISO/IEC 31010. Além disso, elas foram fundamentadas em boas práticas internacionais e em recomendações da AIEA, visando direcionar o descomissionamento de reatores nucleares de pequeno porte no Brasil.
  • Dissertação IPEN-doc 30092
    Modelagem e análise termo-hidráulica do reator de pesquisa IEA-R1 utilizando o código RELAP
    2023 - CAMPOS, ROGERIO C. de
    Este trabalho apresenta a elaboração de um modelo termo-hidráulico com o código RELAP para o reator IEA-R1, contemplando a piscina, o núcleo do reator, toda tubulação e válvulas do circuito primário, o tanque de decaimento, as duas bombas de circulação principal, os dois trocadores de calor e o Sistema de Refrigeração de Emergência. Todas as partes mais importantes dos circuitos elaborados são descritos detalhadamente e são apresentadas diversas simulações demonstrando o funcionamento satisfatório do modelo produzido. A vazão em regime permanente resultantes nos canais de refrigeração dos elementos combustíveis apresentou uma diferença de aproximadamente 6,4% em relação aos dados experimentais de vazão, assim como os canais abertos entre elementos adjacentes apresentam a entrada lateral de fluxo da piscina para o núcleo com maior intensidade na região inferior. Também foi realizada uma série de simulações que apresenta a distribuição de temperatura ao longo dos componentes do núcleo, onde a comparação entre um canal médio e um canal conservativo demonstrou incrementos de temperatura resultantes entre 85,6 e 88,4%, próximos ao valor teórico esperado de 84,4%. Os modelos dos trocadores de calor reproduziram de forma precisa o comportamento das temperaturas, tanto para contracorrente quanto para correntes paralelas. Finalmente, foi realizada uma simulação de um acidente de perda de vazão lenta no núcleo que apresentou fidedignamente a fenomenologia do evento: a queda de temperatura após a perda de vazão e desligamento do reator, seguida da abertura da válvula de circulação natural e a inversão da direção do escoamento no núcleo do reator. A comparação com resultados experimentais mostrou diferenças de temperaturas de 2,3ºC para o fluido e de até 4ºC para o revestimento. Em suma, o modelo RELAP desenvolvido para o IEA-R1 foi capaz de replicar os principais sistemas e equipamentos do reator, permitindo simulações para avaliações sistêmicas.
  • Dissertação IPEN-doc 30091
    Modelo numérico para cálculo de transitório hidráulico com separação de coluna e interação fluido-estrutura
    2023 - CAMPOS, JOSIE A.A. de
    Falha de energia de bombas, ações repentinas de válvulas e a operação de sistemas de controle automático são todos capazes de gerar ondas de alta pressão denominadas transitórios hidráulicos (TH). A severidade do fenômeno, assim como os danos causados, podem ser tais que este torna-se um ponto de atenção em projetos de transporte de fluidos. Este trabalho trata do estudo do fenômeno e do desenvolvimento de um código numérico computacional, dos TH com interação fluido-estrutura (IFE) e separação de coluna em uma dimensão em sistemas de tubulações de transporte de fluidos. O modelo de IFE foi considerado como problema de condições inicial e de contorno, representado por um sistema de equações diferenciais parciais hiperbólicas que descrevem, simultaneamente, a propagação de ondas de pressão no líquido e de ondas de esforços axiais na estrutura. A separação de coluna é tratada como condição de contorno. O método das características (MC), associado ao método de interpolações lineares, foi utilizado para a resolução do sistema de equações diferenciais parciais hiperbólicas. O modelo numérico proposto foi validado com dados experimentais base do artigo (BERGANT, ANTON et al., 2005) cedidos pelo autor. para um sistema composto por um reservatório com nível constante à montante com um tubo único, reto e uma válvula acoplada à jusante rigidamente fixa. O modelo numérico unidimensional (1D), baseado em formulações matemáticas propostas por (TIJSSELING, 1993) e (BERGANT, ANTON et al., 2008), foi implementado na linguagem Python® para analisar IFE e separação de coluna em um sistema reservatório-tubo-válvula.
  • Dissertação IPEN-doc 30090
    Investigação teórica de um laser de fibra óptica de sílica dopada com íons de itérbio de alta potência bombeado por diodos laser para aplicações industriais
    2023 - CARDOSO, ELBIS S.
    Neste trabalho foi desenvolvido um modelo teórico baseado na formulação da matriz densidade para a susceptibilidade elétrica complexa do problema a dois fótons (absorção e emissão laser). Além disso, desenvolveu-se, a partir da equação geral dos campos eletromagnéticos dos sinais de bombeamento e laser, que interagem com o sistema quântico de três níveis formado por um ensemble de átomos de íons de itérbio (Y b+3), um modelo simplificado que possibilita acoplar as equações de taxa com a dinâmica térmica, que considera a remoção de calor da fibra óptica. Os modelos desenvolvidos foram aplicados ao estudo de lasers de fibra óptica de alta potência dopada com itérbio de revestimento duplo (YDCFL), operando em regime contínuo (CW) com potências de quilowatts, no comprimento de onda de λs = 1018 nm. Os resultados obtidos são relevantes para a construção de lasers de fibras de alta potência bombeados por diodos lasers em 976 nm. Para a descrição do fenômeno da emissão laser, adotou-se uma abordagem semiclássica, na qual o sistema quântico foi descrito pela equação de Schrödinger da mecânica quântica, enquanto o sistema clássico foi tratado pelas equações de Maxwell.
  • Dissertação IPEN-doc 30089
    Obtenção de sílica a partir de cinzas de resíduo de cana-de-açúcar por processo sol-gel e aplicação na remoção de corante
    2023 - CARVALHO, FELIPE B.
    O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar do mundo. Na safra 2021/2022, o país produziu aproximadamente 576 milhões de toneladas de cana-de-açúcar. Durante o processamento da cana milhões de toneladas de bagaço de cana-de-açúcar são gerados, os quais são então queimados, produzindo cinzas. Neste trabalho foi realizada a síntese de sílica obtida a partir de cinzas de resíduo de cana-de-açúcar utilizando o método de fusão alcalina seguida de precipitação ácida. Os seguintes parâmetros que afetam a eficiência da síntese foram avaliados: relação de cinzas e NaOH, temperatura e tempo de fusão, tempo de refluxo, ácido usado na precipitação (tipo e concentração) e pH de gelificação. As amostras de sílica foram caracterizadas pela composição mineralógica (difração de raios-X), composição química (EDX), umidade, densidade aparente e pH, entre outras. A partir do planejamento fatorial 2n foi possível identificar que a relação de cinzas e NaOH foi o fator com maior influencia no rendimento da síntese da sílica. O rendimento da sílica foi usado para determinação das condições otimizadas da síntese que foram as seguintes: relação cinzas: NaOH = 1:2 em massa; temperatura de fusão = 300ºC; tempo de fusão = 30 min; tempo de refluxo = 1 h e ácido sulfúrico 8 mol L-1 com pH final do gel igual a 8. A sílica preparada nas condições otimizadas foi usada na remoção de azul de metileno e cristal violeta de solução aquosa. Os modelos de Langmuir, Freundlich e Tekmin foram utilizados para se estabelecer as isotermas de adsorção, segundo as quais se pode concluir que o modelo de Freundlich foi o mais adequado para o azul de metileno, sugerindo a formação de multicamadas de material adsorvido e o modelo de Tekmin foi o mais apropriado para o cristal violeta, sugerindo a formação de uma monocamada de material adsorvido. A capacidade máxima de adsorção, segundo modelo de Langmuir, foi de 108,4 mg·g-1 para o azul de metileno e 102,0 mg·g-1 para o cristal violeta.
  • Dissertação IPEN-doc 30088
    Análise mecânica e dinâmica tridimensional de um compósito cilíndrico de fibra de carbono/epóxi em função do padrão de bobinamento
    2023 - FALASHI, RONALDO de H.
    As camadas helicoidais geradas no processo de fabricação de um compósito polimérico por bobinamento filamentar exercem um papel importante em componentes estruturais fabricadas por esse processo, pois ela é responsável em proporcionar resistência mecânica axial e a flexão a estrutura. No aspecto construtivo, o método de bobinamento cruzado, forma regiões que se assemelham a mosaicos em formato de um losango. A geração desses mosaicos, muitas vezes não são considerados nas análises de cálculo estrutural, e quando considerados, geralmente são modelados por meio de elementos de casca. Os modelos em casca permitem representar de forma satisfatória o tamanho e formato desses mosaicos, porém são incapazes de representar de maneira fidedigna as regiões de entrelaces devido as suas limitações geométricas. Neste presente trabalho foi desenvolvido um modelo numérico tridimensional micro mecânico por meio de ferramentas de elementos finitos que pudesse representar de modo mais fiel as regiões de entrelaces, além disso, foi desenvolvido um modelo em casca com as mesmas formas geométricas e configurações de camadas do modelo tridimensional a fim de verificar a diferença de tensão e deformação entre esses dois modelos, aplicando nessas estruturas um carregamento de pressão puramente radial. Foi realizado um ensaio experimental de análise dinâmica modal e uma modal numérica para verificar se existem mudanças na rigidez das estruturas quando se modifica seu padrão de bobinagem. Foi verificado que as tensões nas camadas helicoidais dos modelos tridimensionais se comportaram diferente dos modelos em casca nas regiões de entrelace, identificando-se na primeira, tensões de compressão e valores de tensões a tração superiores as dos modelos em casca. Esses resultados indicam que essas zonas são regiões propensas a iniciar falhas, o que destaca a importância das abordagens tridimensionais para o dimensionamento de estruturas com esse tipo de arranjo. Os modelos tridimensionais oferecem resultados mais confiáveis ao considerar as regiões de entrelaces, pois essas regiões podem ser propensas a falhas. Na análise modal numérica e experimental foi verificado que o comportamento dinâmico não foi alterado quando se modificaram os padrões de bobinagem.
  • Dissertação IPEN-doc 30087
    Influência do disprósio nas propriedades magnéticas dos imãs permanentes à base de NdFeB obtidos por HD
    2023 - FARIA, MARCELA E. de M.
    Os ímãs de terras-raras mostraram-se importantes no desenvolvimento de dispositivos eletromagnéticos. Embora estes ímãs tenham promovido avanços, a baixa temperatura de Curie impede a utilização em altas temperaturas. Sabe-se que a adição de disprósio melhora as propriedades magnéticas, controla o tamanho do grão e aumenta a temperatura de trabalho. As pesquisas atuais focam em diminuir a quantidade de disprósio utilizada nos ímãs. Uma liga rica em disprósio foi produzida no Instituto de Pesquisa Tecnológica (IPT) para ser usada como aditivo nas ligas magnéticas (Nd14,1B6,1Febal e Nd8,7Dy4,9B6,1Febal), adquiridas com a Less Common Metal Ltd. Entretanto essas últimas ligas ao passarem por uma análise de raios X, constatou-se que havia a presença de ferro livre, que é deletério para as propriedades magnéticas. Foi necessário realizar tratamento térmico para que o Fe-α pudesse ser eliminado. O presente trabalho analisa a influência da variação do disprósio dentro dos ímãs (0%, 10%, 20% e 30%) e avalia a variação de outros parâmetros de processamentos, como: tempo de tratamento térmico (TT) (sem tratamento, 2,5h e 5h) e o tempo de moagem (45 min, 53 min e 60 min). As variações realizadas tinham o objetivo de verificar qual resultaria em tamanhos de grãos favoráveis para a sinterização e nas propriedades magnéticas. Melhores resultados foram obtidos com TT de 5h, moída por 60 min e com 10% de massa de Dy; obteve-se iHc = 736 k.A.m-1, Jr = 1,18 T e BHmax = 4,32 kJm-3.
  • Dissertação IPEN-doc 30086
    Efeito da hipóxia na expressão de transportadores de zinco em linhagem de adenocarcinoma renal
    2023 - FERREIRA, LUANA da S.
    O carcinoma de células renais (CCR) é um tumor sólido, maligno e heterogêneo, de origem no epitélio tubular renal. Existem diversas classificações histopatológicas, sendo de maior ocorrência a de células claras (CCRcc). Seu surgimento está associado à síndrome de von Hippel-Lindau, um regulador de resposta ao estresse, divisão, morte e diferenciação celular, e a perda de sua funcionalidade faz com que a degradação do fator induzido por hipóxia (HIF) seja afetado. Por sua vez, a subunidade HIFα se torna altamente expressa devido ao microambiente tumoral hipóxico ocasionado pelo tumor sólido, uma característica importante deste tipo de tumor. HIFα superexpresso se torna um dímero junto a subunidade HIF-β no núcleo celular, ativando diversas vias favoráveis para a progressão do tumor. Zinco (Zn) é o segundo oligoelemento mais abundante do corpo humano, sendo assim, pequenas variações da sua concentração poderão afetar o ambiente celular. Os transportadores de zinco possuem papel fundamental na homeostase deste oligoelemento, os ZnTs e ZIPs possuem papéis opostos nessa regulação, mas orquestram a homeostase em conjunto. O perfil de expressão destes transportadores no adenocarcinoma renal ainda não está esclarecido, bem como o efeito da hipóxia sobre eles. Na linhagem celular imortalizada 786-0, a técnica de RT-qPCR foi capaz de verificar um aumento na expressão do RNA mensageiro (RNAm) de HIF1-α, comprovando a eficiência da técnica de indução da hipóxia. Os canais ZnT1, ZnT2 e ZIP14 apresentaram um aumento de sua expressão, enquanto os canais ZnT9, ZIP1, ZIP4 ZIP10 e ZIP11 apresentaram diminuição da expressão. Através da técnica de western blot, foi verificado um aumento do nível proteico de ZnT1 e ZIP14, e uma diminuição de ZnT9 e ZIP1. Tais resultados indicam que a hipóxia é capaz de modular os transportadores de zinco, trazendo novas perspectivas para modelos de estudos.
  • Dissertação IPEN-doc 30085
    Caracterização do espectro de nêutrons na posição de irradiação da estação pneumática do reator IEA-R1 para utilização do método k0-INAA
    2023 - FLORES, JOAO P. de O.
    O Laboratório de Análise por Ativação com Nêutrons (LAN-IPEN) vem analisando amostras de diferentes matrizes, geológicas e biológicas, tais como rochas, solos, sedimentos, conchas, cabelos entre outras, há vários anos, empregando o método comparativo de análise por ativação com nêutrons. Este trabalho apresenta os resultados obtidos através da utilização de um método de padronização (k0-INAA) para a análise dessas amostras. A razão do fluxo de nêutrons térmicos-epitérmicos f e o fator α da distribuição de fluxo de nêutrons epitérmicos do reator IEA-R1 do IPEN foram determinados na estação pneumática de irradiação. Para obter esses valores, foi utilizado o método "bare triple monitor" com 198Au - 97Zr - 95Zr. Para avaliar sua reprodutibilidade, foi analisada a variação temporal desses parâmetros, sendo a validação efetuada por meio de irradiações de materiais de referência de origem geológica G-S-N (granito) e biológica INCT-MPH-2 (mix de ervas). Os resultados obtidos para f e α mostram que tais valores são reprodutíveis e são compatíveis entre si, segundo a distribuição normal gaussiana para até 1 desvio padrão de confiança. Os resultados obtidos para os elementos detectados nas amostras concordam com os valores recomendados, com erros relativos (bias) menores que 10%, exceto no caso do Mn no G-S-N (16,3%). Estes resultados indicam que é possível viabilizar o uso desse método de forma rotineira para os pesquisadores do LAN-IPEN, para análise de amostras geológicas e biológicas.
  • Dissertação IPEN-doc 30084
    Desenvolvimento do Programa da Garantia da Confiabilidade em uma planta nuclear brasileira subsidiado por um modelo de Confiabilidade, Disponibilidade e Manutenibilidade
    2023 - GOMES, JERONIMO M.
    O principal objetivo deste trabalho é implementar de uma metodologia para o desenvolvimento de um Programa de Garantia da Confiabilidade (PGC) específico para uma instalação nuclear experimental PWR em implantação no Brasil, através da análise da instalação experimental e do desenvolvimento de um PGC preliminar subsidiado por um modelo de Confiabilidade, Disponibilidade e Manutenibilidade (RAM, do inglês Reliability, Availability and Maintainability). Para isso, é realizada uma ampla pesquisa bibliográfica nos bancos de dados da área nuclear disponíveis, além do estudo de uma avaliação realizada no sistema de remoção de calor de decaimento de longo prazo durante uma parada para reabastecimento da planta experimental estudada, cujos dados foram usados para aplicação do PGC. Os passos necessários para aplicação do PGC desenvolvido são seguidos, usando-se os dados da avaliação do sistema da planta estudada, resultando em uma lista de componentes de risco significativo para o PGC, que têm uma influência importante no potencial de garantia de segurança, para os quais o objetivo do PGC deve ser garantir que o risco não aumente e proteger contra a deterioração do desempenho (manutenção e capacidade de manutenção aprimoradas e tempo fora de serviço minimizado). Destes últimos, foram identificados os que têm uma influência importante também no potencial de redução de risco, sendo que o objetivo do PGC para eles deve ser tornar o risco presente menor e receber a maior atenção na busca de possíveis melhorias.
  • Tese IPEN-doc 30083
    Desenvolvimento de equipamento para a medição automatizada de placas combustíveis através de sensores baseados em codificadores lineares por transmissão fotoelétrica
    2023 - KOBAYOSHI, MARCELO
    Atualmente, no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), as dimensões de espessura das placas de combustíveis são controladas em 21 pontos pré-estabelecidos, por meio da utilização de micrômetros externos manuais com arco profundo, fusos não rotativos e batentes de medição chanfrados. Esse procedimento acarreta a inclusão do fator humano no processo de medição, o que pode impactar negativamente na confiabilidade dos resultados obtidos e na garantia da integridade superficial das placas. No presente trabalho é proposto um método de controle de espessura das placas combustíveis, que motivou o desenvolvimento de um sistema de medição, materializado pela construção de um novo equipamento, composto por mecanismos automatizados de movimentação, captura, transcrição e processamento dos dados. Por meio dos resultados obtidos, evidenciou-se a adequabilidade do sistema de medição desenvolvido e da concepção e qualidade estrutural do equipamento construído, comprovando seu potencial para o aumento da confiabilidade metrológica nos processos de controle dimensional das placas combustíveis.
  • Dissertação IPEN-doc 30082
    Utilização do TiO2-Diatomito em processos de fotodesinfecção em águas contaminadas por bactérias
    2023 - KOTANI, PALOMA O.
    A água é essencial para a existência da vida, e um direito fundamental para o ser humano. Porém, sua qualidade e disponibilidade são reduzidas por atividades humanas no meio ambiente. Atualmente ainda existem muitos territórios sem saneamento básico ou com instalações para fornecimento de água precárias que favorecem o contato da população com águas contaminadas por microrganismos, como a bactéria Escherichia coli (E. coli), acarretando uma série de doenças e problemas de saúde pública. O fornecimento de água de qualidade para a população é um dos principais objetivos de desenvolvimento sustentável (ODS) da Organização das Nações Unidas (ONU), sendo o Brasil um dos signatários. Devido à preocupação com a saúde pública e saneamento básico, torna-se necessário o estudo e desenvolvimento de tecnologias econômicas e ecologicamente viáveis para a desinfecção de corpos d'água contaminados, como os processos oxidativos avançados (POA). O estudo teve como objetivo a avaliação do material fotocatalisador dióxido de titânio (TiO2) sintetizado com o biotemplate diatomito (Dt) em processos de fotodesinfecção solar em amostras com E. coli e de água de lavagem de máquinas de lavar roupa doméstica. Após a síntese do TiO2-Dt preparado com 0,05 g de Dt, foi realizada a análise da estrutura cristalina por Difratometria de raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), análise térmica (TGA), análise de área superficial por BET, e determinação do potencial zeta. Os experimentos de fotodesinfecção foram realizados em uma câmara solar sob condições controladas, empregando lâmpadas solares incandescente e LED, e foram realizados experimentos na área externa do laboratório, com exposição à radiação do Sol. Todas as coletas das amostras foram realizadas alterando-se o tempo de exposição à radiação, de 60 a 180 minutos. O material sintetizado apresentou estrutura cristalina correspondente ao TiO2 na forma anatase e manteve a microestrutura característica do diatomito, com elevada área superficial (217 m.g-1) e carga negativa predominante nas partículas. Os ensaios com inóculo da bactéria E. coli apresentaram inativação bacteriana no processo de fotodesinfecção após 60 minutos de radiação, em amostras contendo 0,5 g/L de TiO2-Dt. Os ensaios realizados com amostras de água de lavagem apresentaram desinfecção no primeiro tempo de coleta, após 30 minutos sem exposição à radiação, com porcentagem de inativação bacteriana acima de 90%. Após a otimização dos parâmetros de processo, diminuindo-se o tempo de coleta e sem a agitação prévia no escuro, foi possível verificar a fotodesinfecção de amostras com água de lavagem contendo 0,05 g de TiO2-Dt, com porcentagem de inativação acima de 96%. Os resultados obtidos no estudo cinético apresentaram uma regressão curvilínea com a presença de uma cauda ou ombro, indicando maior correspondência com o modelo de Hom. Os experimentos realizados sem luz, sob as mesmas condições e parâmetros, apresentaram crescimento bacteriano em todo tempo, confirmando o processo de fotodesinfecção e evidenciando a importância da presença da radiação solar no processo. Estes resultados permitiram também a verificação da baixa toxidez do material TiO2-Dt, confirmando tratar-se de um processo com geração de radicais livres desinfetantes. O estudo apresentou resultados promissores para o desenvolvimento acessível e eficiente de fotoesterilização de águas contaminadas por microrganismos, empregando a energia solar, abundante em todo território nacional.