Mapeamento das regiões radiantes em placas retangulares vibrantes via método dos elementos de contorno com velocidade média e intensidade útil

Em engenharia, a modelagem computacional desempenha um papel importante na concepção de produtos e no desenvolvimento de técnicas de atenuação de ruído. Nesse contexto, esta tese investiga a intensidade acústica gerada pela radiação sonora de superfícies vibrantes. De modo específico, a pesquisa enfoca a identificação das regiões de uma fonte sonora que contribuem efetivamente para potência sonora radiada para o campo afastado, quando a frequência de excitação ocorre abaixo da frequência crítica de coincidência. São descritas as fundamentações teóricas de duas diferentes abordagens. A primeira delas, denominada intensidade supersônica (analítica) é calculada via transformadas de Fourier para fontes sonoras com geometrias separáveis. A segunda, denominada intensidade útil (numérica) é calculada através do método dos elementos de contorno clássico para fontes com geometrias arbitrárias. Em ambas, a identificação das regiões é feita pela filtragem das ondas não propagantes (evanescentes). O trabalho está centrado em duas propostas, a saber. A primeira delas, é a apresentação implementação e análise de uma nova técnica numérica para o cálculo da grandeza intensidade útil. Essa técnica constitui uma variante do método dos elementos de contorno (MEC), tendo como base o fato de as aproximações para as variáveis acústicas pressão e velocidade normal serem tomadas como constantes em cada elemento. E também no modo peculiar de obter a velocidade constante através da média de um certo número de velocidades interiores a cada elemento. Por esse motivo, a técnica recebe o nome de método de elemento de contorno com velocidade média (AVBEMAverage Velocity Boundary Element Method). A segunda, é a obtenção da solução forma fechada do campo de velocidade normal para placas retangulares com oito diferentes combinações de condições contorno clássicas. Então, a intensidade supersônica é estimada e comparada à intensidade acústica. Nos ensaios numéricos, a comparação da intensidade útil obtida via MEC clássico e via AVBEM é mostrada para ilustrar a eficiência computacional da técnica aqui proposta, que traz como benefício adicional o fato de poder ser utilizada uma malha menos refinada para as simulações e, consequentemente, economia significativa de recursos computacionais.

Simulador MATLAB para Sistemas Ópticos WDM Amplificados.

Neste trabalho é apresentado um simulador MATLAB para sistemas ópticos WDM amplificados baseado na solução das equações não lineares de Schrödinger acopladas, pelo método de Fourier de passo alternado. Este simulador permite o estudo da propagação de pulsos em fibras ópticas, considerando dispersão cromática, efeitos não lineares como automodulação de fase e modulação de fase cruzada e atenuação, prevendo também o emprego de amplificadores ópticos a fibra dopada com Érbio (EDFAs). Através de simulações numéricas, foi explorada a técnica de otimização do posicionamento de um EDFA ao longo de um enlace óptico, sem repetidores, que objetiva a redução dos custos de implantação de sistemas ópticos, seja pela diminuição da potência do transmissor ou pela relaxação da exigência de sensibilidade do receptor. Além disto, pode favorecer um aumento na capacidade do sistema, através do aumento do alcance ou da taxa de transmissão. A concordância dos resultados obtidos com os disponíveis na literatura confirmam a validade da técnica, bem como a versatilidade e robustez do simulador desenvolvido.

Análise dos Modos de Plasmon em Fibras Ópticas com Contraste Arbitrário de Índices de Refração.

Neste trabalho, é feita a análise dos modos de plasmon que se propagam em um filme metálico que cobre uma fibra óptica generalizada. Os modos de plasmon estudados são: Fuga pela Cobertura (lcv), Ligado Simétrico (Sb), Fuga pelo Núcleo (lcr) e Ligado Assimétrico (ab). Os filmes metálicos, para efeito de comparação, utilizados neste trabalho, são: a prata, o ouro e o paládio. Desenvolveu-se um modelo matemático do fenômeno eletromagnético e um software, que gerou um banco de dados que facilitasse a análise de estruturas, com diversas combinações de parâmetros. Com o banco de dados, foram obtidos diversos gráficos, que permitiram: analisar os modos de plasmon, verificar a atenuação das ondas e o comportamento do campo eletromagnético em cada região da estrutura. As confrontações entre as estruturas com filmes de: prata, ouro e paládio, permitiram concluir que aquelas elaboradas com os filmes de prata e de ouro são as que apresentam menores perdas, portanto, as recomendadas na confecção de sensores. Como a prata é mais acessível que o ouro, aconselha-se a sua utilização. A análise e os resultados deste trabalho são originais na literatura especializada.

Ocorrência e ecotoxicidade de desreguladores endócrinos químicos em ambientes aquáticos e em sistemas de tratamento de esgoto

A aplicabilidade de um método selecionado de medição indireta de vitelogenina (Vtg) em plasma sanguíneo de peixe, baseado na quantificação de fosfato álcali-lábil (alkali-labile phosphate-ALP) para acessar estrogenicidade em água, foi investigada na presente tese. O método foi originalmente desenvolvido para a espécie de peixe Carassius carassius (Carpa cruciana) e aplicado pela primeira vez na espécie Oreochromis niloticus (Tilápia do Nilo) no presente estudo. Com o objetivo de acessar a sensibilidade do método, em uma primeira etapa da investigação foram realizados estudos laboratoriais com soluções estoques de 17-ethinylestradiol (EE2), 17-estradiol (E2), e estrona (E1). Os efeitos destes hormônios foram investigados com base tanto na concentração quanto na carga, utilizando-se para tanto, unidades experimentais com volumes distintos (2 L e 130 L). Após a validação do método de ALP, a estrogenicidade foi avaliada nas seguintes águas contaminadas: (i) afluente e efluente de uma grande estação de tratamento de esgotos convencional (ETE) e de uma estação descentralizada de tratamento de esgoto de pequeno porte (Ecossistema Engenheirado-DEE); (ii) água superficial (SW) e água subterrânea (GW) coletadas em uma área de brejo contaminada com gasolina; (iii) água de uma lagoa urbana (LRF) da cidade do Rio de Janeiro, com alta densidade populacional e descarte clandestino de esgoto. Na segunda etapa foram analisados em microalgas os efeitos (outros que não disrupção endócrina) causados pelos hormônios EE2, E2 e E1. Os hormônios foram testados individualmente e em misturas, em culturas individuais e combinada (S+) das espécies de microalgas unicelulares P. subcapitata e D. subspicatus. Com base nos níveis de ALP para a espécie de peixe e no EC50 para as espécies de algas, os resultados mostraram que o EE2 e o E2 causaram disrupção endócrina superior e foram mais tóxicos do que o E1 para peixes e microalgas respectivamente. Quando em misturas (E+) de concentrações equivalentes (EE2:E2:E1), os estrogênios resultaram em efeito aditivo para as espécies O. niloticus e P. subcapitata, e menos que aditivo para D. subspicatus e cultivo misto de algas (S+). Culturas contendo ambas as espécies de algas (S+) por um longo período de exposição (96 h) resultaram na atenuação dos efeitos tóxicos causados pela exposição, tanto individual (EE2, E2 ou E1), quanto na mistura (E+) dos estrogênios, medidos em termos de EC50 (T0h 0,07; 0,09; 0,18; e 0,06 g mL-1; e T96h 1,29; 1,87; 5,58; e 4,61 g mL-1, respectivamente). O DEE apresentou uma maior eficiência na remoção dos disrutores endócrinos do que a ETE convencional. Foi detectada estrogenicidade em amostras da LRF, e de água SW e GW em área brejosa contaminada com gasolina. Os resultados dos ensaios sugerem que as interações (efeitos aditivos ou menos que aditivo) causadas pela mistura dos estrogênios assim como, as interações entre as espécies de algas afetaram o resultado final dos ensaios ecotoxicológicos. Um fator raramente abordado em estudos ecotoxicológicos que foi destacado na presente tese refere-se à importância de considerar não somente a concentração e a dosagem, mas também a carga aplicada e o volume das unidades experimentais. Devido à boa sensibilidade do O. niloticus quando exposto às concentrações relativamente baixas dos estrogênios, a combinação do método de ALP com os biomarcadores auxiliares (particularmente MN) pode ser um protocolo adequado para a detecção de estogenicidade e genotoxicidade respectivamente em diferentes ambiente aquáticos contaminados, como parte de um programa de monitoramento ambiental

Análise dinâmica e controle de vibrações de pisos de edificações submetidos a atividades humanas rítmicas.

Um aumento crescente dos problemas estruturais associados à vibração excessiva de pisos de edificações de estruturas mistas (aço-concreto) e de concreto armado devido a atividades humanas rítmicas constitui a principal motivação para o desenvolvimento de uma metodologia de projeto respaldada na obtenção da resposta dinâmica de pisos mistos (aço-concreto) e de concreto armado, quando submetidos a cargas dinâmicas humanas rítmicas. Para tal, os modelos estruturais estudados baseiam-se em pisos de edificações mistas (aço-concreto) e de concreto armado submetidos a aulas de ginástica aeróbica. São empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa ANSYS. Um estudo paramétrico foi realizado sobre os modelos estruturais investigados e foram obtidos valores elevados para as acelerações de pico violando os critérios de projeto e indicando níveis de vibrações excessivas. Considerando-se os aspectos mencionados anteriormente foi desenvolvida uma estratégia com base em alternativas viáveis para o controle estrutural, objetivando a atenuação das vibrações excessivas a partir da instalação de atenuadores dinâmicos sincronizados (ADS) nos pisos analisados.

Análise Completa das Fibras de Bragg de Núcleo Oco.

A evolução nos sistemas digitais de comunicação está intrinsicamente relacionada ao desenvolvimento da tecnologia de fibras ópticas. Desde a sua criação, na década de 60, inúmeras pesquisas vem sendo realizadas com o intuito de aumentar a capacidade de informação transmitida, por meio da redução da atenuação, controle da dispersão cromática e eliminação das não-linearidades. Neste contexto, as Fibras de Bragg surgem como uma estrutura de grande potencialidade para se minimizar tais inconvenientes. As fibras de Bragg possuem um mecanismo de operação diferente em relação às fibras tradicionais de suportar os modos confinados. Nelas, o núcleo possui um baixo índice de refração, e a casca é constituída por anéis dielétricos de diferentes índices de refração, alocados alternadamente. Para uma fibra de Bragg com núcleo oco, como a considerada neste trabalho, há perdas decorrentes dos modos de fuga. Portanto, a análise da dispersão destas estruturas se situa no plano complexo, tornando-a muito difícil. Esta dissertação será fundamentada em uma estratégia imprescindível à análise dos modos transversais TE0m, TM0m e dos híbridos. Os resultados encontrados são validados confrontando-os com os obtidos na literatura. O trabalho discutirá as perdas e dispersões dos modos citados, e os resultados obtidos poderão nortear as pesquisas das fibras de Bragg.

Processos de formação de ligações cruzadas de polietileno de alto peso molecular

No projeto desenvolvido, ligações cruzadas foram formadas no polietileno de alta densidade e alto peso molecular, grade HS5103, através dos processos reticulação por peróxidos e silanos, com o objetivo de se avaliar o efeito da introdução de ligações cruzadas nas propriedades térmicas e mecânicas deste PEAD. Misturas entre o HS5103 e os peróxidos orgânicos, 2,5-Dimetil-2,5-di(terc-butilperoxi)hexano (DHBP) e peróxido de dicumila (DCP), foram produzidas e analisadas para a avaliação do efeito dos tipos de peróxido na reticulação e propriedades do PEAD e para determinação da concentração e do tipo de peróxido a ser utilizado como agente iniciador de reticulação por silano. Ensaios de índice de fluidez (MFI), reometria capilar, extração de polímero por xileno (teor de gel), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e tração foram realizados para caracterização das misturas com peróxidos. Os resultados indicaram aumento da viscosidade com o aumento da concentração de peróxido, sendo o DHBP o que apresentou maior índice de aumento; não houve mudanças relevantes nas propriedades mecânicas e, ocorreu aumento do grau de cristalinidade, sendo mais significativo nas amostras com DCP. Após avaliação dos resultados citados, para as amostras a serem reticuladas via silano, foi promovida a graftização de diferentes concentrações de viniltrimetóxisilano (VTMS) na presença de 0,01%p/p de DCP com a adição de 0,05%p/p de catalisador, posteriormente a reticulação foi promovida em água. As amostras produzidas foram caracterizadas por ensaios de teor de gel, análise dinâmico-mecânica (DMA), espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR), TGA, ensaios de desgaste por deslizamento e tração. Nas amostras com silano a formação de ligações cruzadas foi gradativa, apresentando de 8% de gel para amostra com 0,5%p/p de VTMS a 57 % para amostra com1,5% p/p de silano, maior concentração utilizada. A análise dinâmico-mecânica (DMA) realizada evidenciou que houve um aumento densidade de ligações cruzadas e do módulo de armazenamento após temperatura de fusão com o teor de silano, concordando com os resultados de teor de gel. As análises de FTIR mostraram que houve a graftização e a formação de ligações cruzadas no PEAD HS5103. Não se observou um aumento significativo para o limite de resistência para o PEAD modificado. E os testes de desgaste por deslizamento indicaram um aumento da resistência ao desgaste das amostras reagidas com VTMS.

Avaliação do potencial fotoprotetor de extratos de musgos e investigação de seus riscos toxicológicos

A radiação ultravioleta (UV) induz diversos efeitos nocivos nos organismos e a quantidade desta radiação que atinge a biosfera é afetada pela concentração de ozônio, latitude, altitude, clima e reflexão especular. As respostas de briófitas em relação aos efeitos da radiação UV e a presença de compostos que absorvem esta radiação têm sido estudadas. Sanionia uncinata, Holomitriopsis laevifolia e Leucobryum laevifolium são espécies de musgos encontrados em locais expostos a alta incidência de radiação UV e com habitats distintos. Considerando que as respostas de musgos contra os efeitos da radiação UV e seus mecanismos de proteção ainda são pouco caracterizados, o objetivo deste estudo foi investigar o potencial fotoprotetor e possíveis riscos toxicológicos associados aos extratos dos musgos S. uncinata, proveniente da Antártica e H. laevifolia e L. laevifolium, proveniente do Amazonas. Seus extratos metanólico (EM), aquoso (EA), hidroalcoólico (EH) e etanólico (EE) foram estudados com a caracterização química por absorção ao UV e visível e pela cromatografia líquida de alta eficiência; quantificação do índice total de compostos fenólicos; determinação da capacidade captadora do radical 2,2-difenil-1-picril-hidrazila a fim de avaliar as atividades antioxidantes; avaliação do potencial de fotoproteção cutânea pela determinação do fator de proteção solar; avaliações do potencial mutagênico e citototóxico, através do ensaio de Salmonella/microssoma, utilizando as cepas TA97, TA98, TA100, TA102 e TA104; do potencial fotomutagênico através do ensaio de fotomutagenicidade, usando as cepas TA102 e TA104; e investigação dos efeitos genotóxicos e fotogenotóxicos, pelo ensaio de micronúcleo e fotomicronúcleo, respectivamente, usando diferentes linhagens celulares estabelecidas. Foram encontradas atividades fotoprotetoras e antioxidantes e observou-se que os extratos se apresentaram singulares devido a sua composição química. Os resultados fotoprotetores, além dos mutagênicos/fotomutagênicos, genotóxicos/fotogenotóxicos e suas respectivas avaliações citotóxicas também permitiram selecionar extratos e suas concentrações, como promissores candidatos em fotoproteção Assim, os EA e EH de H. laevifolia e L. laevifolium apresentam, no geral, os resultados mais significativos, tornando-se potenciais para avaliações refinadas em fotoproteção e na separação de componentes que possam levar a futuras aplicações como antioxidantes e protetores solares ou como adjuvantes.

Bromocriptina na lactação atenua os efeitos deletérios do desmame precoce

Como o desmame precoce (DP) não-farmacológico programa a prole para obesidade, microesteatose hepática e maior estresse oxidativo na vida adulta, e o DP farmacológico, inibindo a prolactina com um agonista dopaminérgico (bromocriptina), causa também obesidade neste trabalho objetivamos: (1) verificar o status redox e função hepática no modelo de programação pelo DP farmacológico. Como a bromocriptina tem efeitos protetores sobre a homeostase glicêmica em animais adultos, formulamos a hipótese de que poderia interferir na programação do DP não-farmacológico e para testá-la tivemos os seguintes objetivos: (2) avaliar uma possível interferência desta droga na programação através da sua aplicação nas proles submetidas ao DP não-farmacológico; (3) avaliar os efeitos a longo prazo deste tratamento neonatal frente a diferentes dietas. Métodos: Experimento 1: ratas lactantes foram divididas em 2 grupos: DP (BROMO) no qual as mães foram tratadas via i.p. com 1mg/dia de bromocriptina nos 3 últimos dias de lactação; Controle (C) cujas mães receberam tratamento semelhante com solução veículo. As proles foram avaliadas aos 90 e 180 dias de vida (P90 e P180) através de teste t-Student (significância de P<0,05). Experimento 2: realizamos novo protocolo onde lactantes foram dividas em 2 grupos: DP não-farmacológico (DP) cujas mães recebiam uma bandagem adesiva ao redor do corpo para impedir o acesso dos filhotes ao leite nos últimos 3 dias de lactação; Controle (C) cujos filhotes mamavam livremente. Em seguida as proles de ambos os grupos foram subdividas de acordo com o tratamento: proles que recebiam bromocriptina intraperitoneal (4mg/kg massa corporal/dia) nos últimos 3 dias de lactação (DP/BRO e C/BRO); proles que recebiam solução veículo (DP e C). Os grupos foram analisados em P120. Em P130 estas proles foram subdivididas de acordo com a dieta, compondo ao final 8 grupos experimentais (C; C/BRO; DP e DP/BRO - ração padrão e C-HF; C/BRO-HF; DP-HF e DP/BRO-HF - ração hiperlipídica - 45% Kcal de lipídeos) sendo acompanhados até P200. A análise estatística foi feita através de two-way ANOVA com pós-teste de Bonferroni, one-way ANOVA com pós-teste de Newman-Keuls e teste t-Student (entre os respectivos grupos com diferenciação dietética) (P<0,05). Experimento 1: verificamos que o DP promoveu maior adiposidade visceral e dislipidemia. Em P90, animais BROMO apresentaram intolerância a glicose, normoinsulinemia, superexpressão de sirtuína-1 (SIRT-1) no fígado, aumento da atividade da superóxido dismutase (SOD) no plasma e fígado e da glutationa peroxidase (GPx) hepática levando a uma redução de malondialdeído (MDA) somente no fígado. Já em P180 constatamos resistência insulínica, maior atividade de GPx plasmática e SOD e catalase no fígado promovendo redução de MDA em ambos os tecidos e prevenindo o surgimento da esteatose hepática no grupo BROMO, apesar do declínio da expressão de SIRT-1. Experimento 2: a bromocriptina intensifica a perda de peso dos filhotes ao final da lactação. Em P120 somente observamos uma intolerância a glicose no C/BRO (permanecendo ao longo do experimento) e uma hipertrofia de adipócitos no DP. Já em P200 evidenciamos no grupo DP, maior adiposidade, hiperleptinemia, hipertrofia de adipócitos, e aumento de triglicerídeo hepático. Estas alterações foram prevenidas nos grupos tratados com bromocriptina. Em contrapartida, a dieta HF promoveu uma descompensação metabólica e os efeitos benéficos da bromocriptina não foram tão evidentes. Confirmamos os efeitos deletérios do DP e verificamos o potencial terapêutico da bromocriptina, prevenindo o ganho de peso corporal, a adiposidade e a leptinemia podendo, portanto, colaborar com a prevenção de danos ao tecido hepático, desde que associado a um padrão dietético adequado.

Desenvolvimento de revestimentos de óxidos mistos nanoestruturados de TiO2/Al2O3 em substratos metálicos de aço AISI 1020 e estudo das propriedades anticorrosivas

Sóis liofilizados precursores de Al2O3/TiO2, foram preparados via tecnologia sol-gel, com diferentes porcentagens de óxido de titânio (5%, 10%, 15% e 20%, em massa). Os sóis liofilizados foram caracterizados por meio de diversas análises, com o intuito de obter informações sobre o comportamento térmico, fases presentes, tamanho de partícula, composição e uniformidade das amostras. Os resultados obtidos indicam que os sóis apresentam as fases boemita e anatase, com partículas de tamanho nanométrico, tem composições muito similares quando analisadas em pontos distintos, átomos bem dispersos e distribuídos. Após esta etapa, amostras de aço AISI 1020 foram recobertas com estes sóis através do método dip-coating, o comportamento corrosivo foi estudado por meio de ensaios eletroquímicos e a morfologia das camadas, analisadas por meio de microscopias. Observou-se que as camadas eram uniformes e recobriam por completo toda a superfície das amostras, os ensaios de polarização indicaram melhorias no potencial eletroquímico para amostras recobertas, em comparação com amostras de aço sem recobrimento. O monitoramento de circuito aberto apresentou bons ajustes, indicando bom comportamento da camada. Notou-se pelas microscopias a presença de pontos de corrosão em algumas amostras antes dos ensaios, suspeitando-se que os resultados obtidos teriam sido melhores, caso houvesse um maior controle do processo de recobrimento.