Debora Carneiro Moreira.

Processos com mudança de estado físico têm sido objeto de estudo de pesquisadores da área de fenômenos de transporte em razão da inerente intensificação da transferência de calor associada. Esse processo é fortemente dependente do estado da superfície responsável pela troca de calor, sendo um fator favorável à redução do consumo energético em sistemas de refrigeração de elevada demanda. A integridade superficial, caracterizada por ondulações e rugosidade, é afetada pela dinâmica do processo de usinagem. Embora associada geralmente a aspectos negativos como desgaste de ferramentas e piora em acabamento superficial, a vibração tem sido explorada para indução de texturas em componentes usinados. Atuadores eletromecânicos e técnicas de controle ativo têm sido aplicados para esse fim, mas limitações técnicas e econômicas inviabilizam seu uso em larga escala. Por outro lado, métodos passivos para o controle de vibrações autoexcitadas durante o processo de corte demandam uma fina manipulação da rigidez estrutural e do fator de amortecimento do sistema composto por máquina-operatriz, ferramenta, peça e dispositivos de fixação. Nesse contexto, a presente proposta consiste no estudo dos efeitos da rigidez de fixação da ferramenta de torneamento nas vibrações autoexcitadas objetivando a construção de um dispositivo para a fabricação de texturas que permitam a intensificação de ebulição nucleada. Uma caracterização dinâmica de um torno CNC será efetuada a partir de análise modal para estabelecer relações entre a rigidez de fixação, parâmetros modais do sistema e a estabilidade dinâmica do processo. Modelos matemáticos serão construídos para estabelecer essa relação bem como para prever o tipo de textura induzida pelas vibrações autoexcitadas. Por fim, as superfícies serão caracterizadas em termos de rugosidade e de suas propriedades de molhabilidade de modo a melhor entender as possibilidades de aproveitamento de vibrações autoexcitadas para indução de texturas em superfícies

O presente projeto de pesquisa propõe um estudo teórico e experimental de aspectos fundamentais relacionados à ebulição nucleada, no qual a dinâmica de bolhas nucleando em sítios singulares e em múltiplos sítios, bem como suas interações serão investigadas com uma câmera de alta velocidade. A correlação entre a transferência de calor e as imagens em alta velocidade proporcionará a modelagem de diferentes fenômenos de ebulição e a proposição de superfícies estruturadas para otimizar a transferência de calor por ebulição. Tais superfícies serão fabricadas com técnicas de usinagem, e além de suas características relacionadas à transferência de calor, as seções de testes serão caracterizadas de acordo com os ângulos de contato estático e dinâmico, rugosidade, morfologia e geometria, a partir da utilização de um analisador de ângulo de contato e um microscópio confocal antes e após os experimentos com ebulição. Múltiplas técnicas ópticas também serão utilizadas para elucidar a contribuição relativa de diversos mecanismos de ebulição para a transferência de calor, auxiliando no processo de modelagem dos fenômenos identificados.

The ability to absorb or dissipate heat in restricted spaces is a main issue to the development of technology in various fields. For instance, the heat absorption by fluids in mini-or microchannels based solar collectors is a promising way of clean and renewable energy use. Many studies endorse the great potential of flow boiling based devices as heat spreaders or absorbers, especially due to high heat transfer rates and low temperature gradients, provided by phase change mechanisms. However, such devices are still under development, and some reported problems must be overcome, like high pressure-drop, low critical heat flux, surface superheating, and thermal instabilities. In this sense, it is recommended that these heat exchangers are designed according to specific requirements inherent to the planned application. Recently, the research group from the Thermal Analysis, Microfluidics, and Fuel Cells Laboratory in the Rochester Institute of Techology (RIT) has developed novel techniques to reduce pressure loss and increase the critical heat flux. In this context, the present research project proposes the design and characterization of high-performance heat absorbers for solar collectors based on flow boiling in microchannels. The techniques developed by the group led by Prof. Satish G. Kandlikar will be employed in the conception of new devices, which will be fabricated and experimentally evaluated according to the pressure loss coefficient, global heat transfer coefficient, and critical heat flux.

Envolve temas de fronteira do conhecimento e estratégicos ao desenvolvimento do estado de São Paulo, combinando o aproveitamento de energia renovável com técnicas complexas de micro fabricação. Este projeto tem como objetivo geral o estudo de aspectos fundamentais e o desenvolvimento de dispositivos baseados em processos de transferência de calor com mudança de fase aplicados ao aproveitamento de energia solar. Como objetivos específicos: i) Desenvolvimento de absorvedores de calor de elevado desempenho baseados na ebulição convectiva em multi-microcanais; ii) Desenvolvimento de técnicas inovadoras de micro-fabricação e aplicação destas na manufatura de absorvedores de calor de alto desempenho e todo o instrumental necessário ao seu estudo . iii) Desenvolvimento de técnicas de instrumentação e controle para transferência de calor com mudança de fase aplicadas em circuitos passivos pulsados. iv) Estudo experimental do processo de absorção por filme descendente para a mistura amônia-água visando o desenvolvimento de um absorvedor

A irradiação solar é uma fonte de energia renovável que pode ser aproveitada através da conversão em calor ou em eletricidade, e cuja importância econômica e tecnológica tem se elevado gradativamente. Ambas as aplicações necessitam da utilização de trocadores de calor, seja para aproveitar o calor gerado por um absorvedor ou para resfriar as células fotovoltaicas. A radiação concentrada em receptores solares pode resultar em fluxos de calor superiores a 150 W/cm^2. Valores similares são observados em processadores modernos de elevado desempenho e motivaram parcela significativa das pesquisas recentes sobre ebulição convectiva em microcanais. Neste contexto, é primordial o desenvolvimento de dispositivos que proporcionem coeficientes de transferência de calor elevados, reduzida perda de pressão, e minimizem instabilidades térmicas. Com base neste status quo, a presente proposta de pós-doutoramento aborda o projeto, a fabricação, e a caracterização experimental de dissipadores de calor de alto desempenho baseados em multi-microcanais contendo superfícies micro- e nano-estruturadas, de forma a intensificar a troca de calor por ebulição convectiva e minimizar efeitos de instabilidade térmica. O conceito dos novos dissipadores se baseará em estudos anteriores e em aspectos teóricos relacionados a nucleação e desprendimento de bolhas durante a ebulição convectiva. Os protótipos serão fabricados através de técnicas de micro- e nanofabricação, e sua caracterização se dará através da avaliação do coeficiente global de transferência de calor e da perda de pressão.

A proposta do presente projeto é desenvolver um novo sistema baseado no método de Correlação de Imagens Digitais para a obtenção de campos de deslocamentos e deformações no plano e fora do plano, ou seja, medidas tridimensionais. Além disso, pretende-se melhorar o sistema de correlação de imagens digitais 2D já existente. Todos os estudos, incluindo procedimentos experimentais, serão realizados no Laboratório de Opto-Mecânica (LOM) do Departamento de Engenharia Mecânica (TEM/PEGMEC) da UFF. A idéia principal é dar continuidade aos estudos em andamento e com isso desenvolver um protótipo capaz de realizar medidas em três dimensões. Dispositivos similares são relativamente caros e não são fabricados no Brasil devido a alta tecnologia empregada. Neste contexto, pretende-se desenvolver um sistema com duas câmeras digitais de alta resolução que seja robusto e economicamente viável, além da implementação do algoritmo de correlação de imagens digitais 3D. Um dispositivo que melhore a iluminação, tornando-a mais uniforme, será também desenvolvido. O LOM dispõe de um protótipo capaz de realizar medições em duas dimensões, ou seja, no plano. É importante salientar que tal dispositivo foi desenvolvido no laboratório, por meio de recursos de projetos (Capes/Faperj). Além disso, o laboratório apresenta uma boa infra-estrutura para o desenvolvimento do presente projeto. Outro fator importante que deve ser mencionado é que este novo protótipo apresenta uma relevância para o desenvolvimento tecnológico do Estado do Rio de Janeiro, com consequências econômicas e sociais. A aplicação do novo sistema resultará em publicações cientificas e na formação de alunos.

Plasmonics is a growing new field of research that deals with optical properties of metallic nano-structures. Plasmonic structures present exceptional ability to concentrate electromagnetic energy, which has been explored in various different areas, especially in solar light harvesting applications. Recently, there have been many studies regarding the employment of plasmonic structures in sunlight harvesting applications. Although some researchers have already developed almost ideal absorbers using plasmonics, there is still much to be done, since an optimal absorber must be ultra broadband and insensitive to light polarization and angle of incidence, besides presenting high absorption (~1). In addition, it is desirable that plasmonic absorbers can be up-scaled and manufactured by an easy-accessible and low-cost method, in order to achieve effective and competitive production of solar absorbers. The main goal of this project is to design, fabricate and characterize novel broadband plasmonic absorbers for solar light harvesting. First, the novel absorbers will be designed and optimized using a frequency domain (COMSOL) and a time-domain (LUMERICAL) electromagnetic simulation packages. Then they will be manufactured by nanofabrication or nanoprinting methods. Finally, the structures will be optically characterized using a home-built optical setup. This project will be developed within a group of experts from the Laboratory of Thermodynamics in Emerging Technologies in ETH Zurich, one of the leading international universities for technology and the natural sciences around the world.

O constante avanço tecnológico na indústria de eletrônicos, vem permitindo o desenvolvimento de componentes com mais alta capacidade e tamanhos cada vez menores. Por outro lado, a redução do tamanho destes componentes faz com que a densidade do aquecimento gerado, se torne maior, o que dificulta sua dissipação. Este problema é agravado quando se leva em consideração que diversos materiais empregados na indústria de eletrônicos são polímeros, os quais têm baixa condutividade térmica, e consequentemente baixa capacidade para dissipação de calor. Neste contexto, o objetivo principal deste projeto é o desenvolvimento de polímeros modificados com alta condutividade térmica para serem utilizados como dissipadores de calor. Os materiais desenvolvidos serão baseados em nanocompósitos de matriz polimérica. Estudos recentes mostram que a adição de pequenas frações de nanopartículas é suficiente para causar uma alteração notável nas propriedades térmicas e mecânicas efetivas de um material. O desenvolvimento deste objetivo naturalmente envolverá a caracterização, análise e simulação do comportamento térmico e mecânico de diferentes nanocompósitos poliméricos. Para tal, uma extensa análise experimental de propriedades térmicas e mecânicas será realizada. Ainda, modelos para estimar propriedades termofísicas efetivas de nanocompósitos serão desenvolvidos assim como simulações computacionais para comparação com os resultados experimentais obtidos serão realizadas. Ainda, uma importante parte do projeto será dedicada à análise da distribuição e dispersão de nanopartículas nos compósitos fabricados, uma vez que a literatura mostra que estas características têm grande influência sobre as propriedades macroscópicas efetivas. Esta análise será feita utilizando microscopia eletrônica, o que permitirá entender melhor a interação entre nanopartículas e matrizes, possibilitando que arranjos otimizados possam ser obtidos.

O presente trabalho tem como principal objetivo estudar o comportamento mecânico de materiais poliméricos submetidos a grandes deformações. A parte experimental será desenvolvida usando o sistema CID18, que é baseado no método de correlação de imagens digitais (CID). Tal sistema (software e aparato) foi por mim desenvolvido usando recursos de projetos CNPq/Faperj. Com o sistema CID18 é possível obter o campo completo de deslocamento de um espécime, considerando apenas dois estados distintos de deformações (ou carregamentos). Com os deslocamentos, pode-se obter o campo de deformações através de relações geométricas. Usando esta poderosa ferramenta, é possível se obter uma quantidade de informações superior às obtidas com as técnicas tradicionais de medidas. Uma das idéias é estudar o comportamento hiperelástico de certos materiais poliméricos, tal como os elastômeros, sob diferentes tipos de carregamentos. As relações de tensão-deformação tradicionais (pequenas deformações) não são válidas no caso de grande deformações, sendo necessário o uso de teorias de deformações finitas. No caso de materiais hiperelásticos, em geral, as equações constitutivas são baseadas em função de energia de deformação. Neste contexto, além da caracterização de polímeros e de novos materiais poliméricos, espera-se obter um melhor entendimento do comportamento mecânicos dos mesmos

O principal objetivo deste trabalho é estudar o comportamento mecânico de materiais poliméricos, tais como polímeros superplásticos e hiperelásticos. A parte experimental será realizada usando o método de correlação de imagens digitais, que é um método óptico-numérico capaz de determinar o campo completo de deslocamento e/ou deformação de qualquer estrutura, sem a necessidade de contato físico. Para isso, o protótipo CID18, baseado no método de correlação de imagens digitais será utilizado para estimar tais campos. Com esta poderosa ferramenta, pode ser obtido uma quantidade de informações superior às obtidas com as técnicas tradicionais

A descoberta de novas reservas de petróleo na costa brasileira vem gerando uma crescente necessidade para o desenvolvimento de novas tecnologias relacionadas a indústria de óleo e gás. Além disto, há demanda para diferentes aplicações, desde a fase de extração até a fase de processamento de petróleo e seus derivados. Neste contexo, o atual projeto de pesquisa tem como tópicos de estudo, duas diferentes linhas de pesquisa associadas a indústria do petróleo. A primeira envolve a modelagem e simulação de da transferência de calor e massa processos de gás natural. Os processos investigados são o armazenamento de gás natural adsorvido e a purificação de gás natural utilizando dessecantes sólidos. A metodologia utilizada consiste no desenvolvimento de modelos e métodos de solução destes para a simulação dos processos em questão. A segunda linha de pesquisa é referente à análise experimental da transferência de calor e massa em novos materiais poliméricos, criados a partir da introdução de nano-partículas de óxidos metálicos em resinas poliméricas tradicionais. O objetivo desta etapa do projeto é investigar a influência da concentração, tamanho, e material de nanopartículas nas propriedades térmicas do material resultante. As metas associadas a este projeto consistem em: 1. Modelagem matemática e simulação do armazenamento gás-natural adsorvido (GNA). 2. Desenvolvimento de formulações para purificação de gás-natural. 3. Desenvolvimento de modelos globais melhorados utilizando a Técnica das Equações Integrais Acopladas (CIEA). 4. Desenvolvimeto e caracterização térmica de novos materiais poliméricos.

O principal objetivo deste projeto é desenvolver novas metodologias, ou processos, visando a determinação de parâmetros mecânicos de materiais poliméricos através de experimentos utilizando o método de correlação de imagens digitas (CID). Com o método CID é possível obter o campo completo de deslocamento de um espécime, considerando apenas dois estados distintos de deformação, ou carregamento. E por meio de relações geométricas e equações constitutivas podem ser obtidos os campos de deformações e de tensões. Com esta poderosa ferramenta, é possível obter uma quantidade de informação superior às obtidas com as técnicas convencionais. Neste contexto, torna-se viável, além da caracterização de materiais poliméricos, um melhor entendimento do seu comportamento mecânico. Para isto, basta ajustar os dados obtidos experimentalmente com modelos teóricos já conhecidos. Nos casos onde a adequação dos resultados experimentais com os analíticos forem insatisfatórios, um novo modelo será proposto. O problema poderá ser encarado de forma direta ou inversa, e o método de resolução terá como base o princípio de otimização

Este projeto de pesquisa tem como foco principal a simulação numérica, a caracterização termo-mecânica de materiais compósitos poliméricos e a identificação de propriedades termo-mecânicas, incluindo propriedades térmicas, elásticas, elasto-plásticas, elasto-viscoplásticas e viscoelásticas. será realizado um estudo da fabricação de materiais poliméricos e compósitos de matriz polimérica, do escoamento de materiais poliméricos, incluindo equações constitutivas para comportamento não newtoniano, e o escoamento em meios porosos. Pretende-se investigar as interações termo-mecânicas em regime elástico, aplicar métodos ópticos e problemas inversos para identificação de propriedades e análisar compósitos de matriz polimérica, incluindo também o estudo do transporte térmico em nano-compósitos poliméricos.

A idéia geral deste projeto é dar continuidade aos trabalhos realizados até o momento, que teve como principal fonte de recursos oriunda do Universal 2007-08. O principal objetivo é o desenvolvimento de novas metodologias, ou processos, visando a determinação de parâmetros mecânicos de materiais poliméricos através de experimentos utilizando o método de Correlação de Imagens Digitas (CID). Com o método CID é possível obter o campo completo de deslocamento de um espécime, considerando apenas dois estados distintos de deformações, ou carregamentos. E por meio de relações geométricas e equações constitutivas é estimado os campos de deformações e de tensões. Com esta poderosa ferramenta, pode ser obtido uma quantidade de informações superior às obtidas com as técnicas tradicionais. Neste contexto, torna-se viável, além da caracterização de materiais poliméricos, um melhor entendimento do seu comportamento mecânico. Para isto, basta ajustar os dados obtidos experimentalmente com modelos teóricos já conhecidos. Nos casos onde a adequação dos resultados experimentais com os analíticos forem insatisfatórios, um novo modelo será proposto. O problema poderá ser encarado de forma direta ou inversa, e o método de resolução terá como base o princípio de otimização

Neste projeto o método óptico experimental, conhecido como Correlação de Imagens Digitais, será usado em duas abordagens distintas: na caracterização de materiais poliméricos e na análise do comportamento de juntas coladas

O principal problema a ser abordado envolve o estudo da transferência de calor e do comportamento mecânico de materiais nano-compósitos. Este estudo visa determinar como as propriedades macroscópicas são alteradas pelos efeitos gerados na mecânica nanoescalar. Modelos para prever tais efeitos serão desenvolvido e os resultados teóricos serão comparados e validados com medições experimentais. Uma vez que os efeitos térmicos e mecâncos na nano-escala sejam melhor compreendidos as propriedades termo-mecânicas destes compósitos poderão ser melhor estimadas.

Este projeto objetiva dar prosseguimento às atividades desenvolvidas no Laboratório de Mecânica Teórica e Aplicada que é um núcleo multidisciplinar e multi-institucional de pesquisa na área de mecânica não-linear. O projeto busca o desenvolvimento de procedimentos sistemáticos (teóricos, numéricos e experimentais) para a análise termo-mecânica de polímeros e compósitos poliméricos. Neste contexto os seguintes objetivos serão abordados:1) Identificação de propriedades termo-mecânicas, incluindo propriedades térmicas, elásticas, elasto-plásticas, elasto-viscoplásticas e viscoelásticas; 2) Estudo da fabricação de materiais poliméricos e compósitos de matriz polimérica; 3) Estudo do escoamento de materiais poliméricos, incluindo equações constitutivas para comportamento não newtoniano, e o escoamento em meios porosos; 4) Investigação de interações termo-mecânicas em regime elástico; 5) Aplicação de métodos ópticos e problemas inversos para identificação de propriedades; 6) Análise de compósitos de matriz polimérica, incluindo também o estudo do transporte térmico em nano-compósitos poliméricos. 7) Desenvolvimento de sistemas para reparo e colagem de estruturas metálicas, como técnica alternativa aos procedimentos de soldagem. O trabalho tem conexões interdisciplinares com aplicações nas áreas Petróleo e gás, Materiais alternativos e Computação, simulação e modelagem.

A proposta deste projeto é unir um grupo multidisciplinar de pesquisadores emergentes para abordar um problema amplo e complexo que é o comportamento termo-mecânico no processamento de materiais metálicos e não-metálicos. Neste contexto, é interessante ressaltar que este grupo é composto por pesquisadores atuantes nas áreas experimental e teórica. Em uma grande variedade de processos de fabricação, o campo de temperatura induz tensões térmicas significativas e que, portanto, não podem ser desprezadas. No entanto, há poucos estudos na literatura capazes de fornecer uma base sólida que modele este relação entre tensões e temperatura. Neste contexto, o presente projeto pretende preencher esta lacuna, fornecendo uma metodologia que permita um entendimento mais aprofundado do acoplamento termo-mecânico no processamento de materiais. Desta forma, formulações matemáticas que considerem estes efeitos acoplados de maneira apropriada serão desenvolvidas. Análises experimentais serão realizadas e correlações entre os campos de tensão e temperatura serão construídas, utilizando técnicas de filtragem tensorial. Simulações computacionais baseadas nas soluções numéricas das formulações matemáticas serão conduzidas, e os resultados comparados com os dados medidos experimentalmente. Para as soluções, métodos híbridos com controle global de erro serão utilizados para obter resultados mais acurados. Todos os modelos desenvolvidos serão testados gradualmente, partindo-se de hipóteses bastante simplificadoras, que permitam o entendimento da física envolvida no problema, até modelos mais complexos mais próximos da realidade dos processos.