Intercambios de masa y energía entre la vegetación y la capa límite atmosférica en dos ecosistemas de Argentina

Dentro del contexto del Cambio Global ha surgido el interés en conocer y entender la dinámica de los ecosistemas. La técnica Eddy Covariance (EC)es utilizada a nivel global para el registro continuo de los intercambios turbulentos de masa y energía en una diversidad de ecosistemas, con sensores montados en torres micrometeorológicas y en plataformas móviles. Así mismo, el empleo de modelos atmosféricos de mesoescala suma un aporte a la compresión de los procesos de intercambio suelo-atmósfera dentro de la Capa Límite Atmosférica. Lo enunciado anteriormente motivó la elaboración de la presente tesis en la cual se planteó caracterizar los intercambios turbulentos, estudiando su variabilidad sobre un bosque seco nativo y uno implantado en Argentina y evaluar el desempeño del modelo BRAMS-4.2 en alta resolución en reproducir estos intercambios. A partir de los valores observados, se encontró que la concentración media diaria y los flujos de CO2 presentaron un marcado ciclo diurno. El valor medio de las concentraciones en el bosque implantado fue igual a 736.2 ± 42.4 mg/m3 y en el bosque nativo igual a 641.9 ± 22.4 mg/m3. Los flujos de CO2 presentaron una amplitud media mayor en verano igual a 1.42 mg/m2s (0.27 mg/m2s)en el bosque implantado (bosque nativo). Los flujos de calor latente registrados en el bosque implantado fueron mayores a los registrados en el bosque nativo. La implementación del sistema de sensores instalados a bordo del avión Sky Arrow 650 ERA permitió realizar mediciones en los primeros metros de la atmósfera. El modelo BRAMS-4.2 supo reproducir razonablemente bien distintas variables meteorológicas así como también los flujos de masa y energía. Los resultados obtenidos en esta tesis son un aporte para ampliar el conocimiento sobre los intercambios turbulentos entre la vegetación y las capas bajas de la atmósfera en distintos ecosistemas de Argentina.

Caracterización funcional de la estepa magallánica y su transición a matorral de Mata Negra (Patagonia austral)a partir de imágenes de resolución espacial intermedia

La PPNA es indicadora de la biomasa disponible y se relaciona con la capacidad de carga de los sistemas pastoriles extensivos. Es posible estimarla a partir de índices de vegetación obtenidos de sensores remotos. El objetivo de esta tesis fue caracterizar funcional y estructuralmente una estepa graminosa (Estepa Magallánica Seca-EMS)y una arbustiva ((Matorral de Mata Negra-MMN)de la Patagonia Austral. En 18 sitios se midió cobertura vegetal (2004 y 2010)y biomasa por estratos (2004 y 2005). Se obtuvieron 8 índices de vegetación a partir de imágenes MODIS (resolución 16 días, 250m, 2003-2010). Se caracterizaron las comunidades vegetales (PCA). Se extrajeron los índices en áreas de 3x3 pixeles y correlacionaron con la biomasa y cobertura medidas a campo. Ambas áreas están dominadas por especies perennes con una cobertura de 66 por ciento En MMN la mitad de este valor corresponde a arbustos. La biomasa aérea total fue de aproximadamente 1000 Kg MS/ha en EMS y el triple en MMN, en ambos casos un 33 por ciento corresponde a material verde. Los índices presentan patrones temporales similares entre áreas, con un máximo a fines de octubre, aunque NDVI y RVI mostraron un segundo pico en abril. El MMN posee mayor biomasa pero los índices fueron 20 por ciento menores que EMS. El NDVI caracterizó mejor la vegetación de la EMS, con correlaciones de 0,69, 0,43 y 0,48 con la fracción verde de biomasa total, intercoironal y coironal, respectivamente. Reflejó además el crecimiento otoñal característico de ambientes con régimen isohigro, limitados por temperatura y humedad. Por el contrario, en el MMN, los índices espectrales y los indicadores de biomasa no correlacionaron. Los valores de regresión obtenidos indican que la evaluación de biomasa disponible a partir de sensores remotos es solo posible en uno de los ecosistemas y muestran que para estimar la receptividad, seria necesaria una calibración local de los índices, dado que la estructura de la vegetación modifica los valores espectrales.

Estado de la vegetación y rendimientos de maíz en la provincia de Córdoba evaluados mediante datos NOAA - NDVI

p.51-55

Satisfaction water index as corn yield estimate

p.1-16

Determinación de distintos grados de erosión eólica mediante procesamiento automático de imagenes satelitales

p.193-198

Correlación entre humedad del suelo y retrodispersión en imágenes SAR

p.163-168

Dinámica y consecuencias del cambio en la cobertura y el uso del suelo en el Chaco semi-árido

La deforestación en Sudamérica afecta principalmente a tres ecosistemas: El Cerrado en Brasil, la selva de Chiquitanos en Bolivia y el Gran Chaco en Bolivia, Paraguay y Argentina, siendo en estos dos últimos países en donde ocurren las mayores transformaciones del paisaje para la producción de commodities para exportación. En la presente tesis, para la porción Noroeste del Chaco Argentino, se analizó la dinámica de cambios de los últimos 30 años; se evaluó la ocurrencia del modelo cambio de uso del suelo denominado "Transición Forestal"; se estudió la influencia de factores locales que controlan la localización de desmontes; y se cuantificó el impacto de dicha transformación sobre el nivel de provisión de servicios ecosistémicos intermedios relativos a la dinámica del C. En el período 1977-2007 ocurrieron cambios que alcanzaron más del 26 por ciento del área de estudio. Los desmontes para actividad agropecuaria alcanzaron un total de 4,5 millones ha, de los cuales el 53 por ciento ocurrieron en el último período (1997-07), siendo los bosques secos y los pastizales las coberturas más afectadas. De continuar con esta tendencia, ocurrirá una inversión del paisaje en un periodo comprendido entre 40 y 100 años, en donde la actividad agropecuaria comenzaría a ser dominante en el paisaje chaqueño. No están ocurriendo ninguno de los modelos de cambios de uso del suelo de compatibilización de producción-conservación discutidos en esta tesis: (a)"Transición Forestal" (Forest Transition), (b)"separación-territorial" (land-sparing); o (c)"integración-territorial" (land-sharing). Se propone un nuevo modelo de cambio de uso de suelo que probablemente se verifica en otras regiones del Gran Chaco Americano, al que se denominó "modelo tipo Tsunami" por sus características de avance en forma de ola, que a su paso homogeniza el paisaje bajo el punto de vista estructural y funcional.

Dinámica de la producción primaria en pastizales naturales y pasturas implantadas de San Luis : influencia de la precipitación y la composición de especies

El reemplazo de ecosistemas nativos por pasturas cultivadas como consecuencia de la expansión de las fronteras agrícolas y ganaderas, es un fenómeno que ocurre en gran parte de las regiones semiáridas templadas del mundo. En el extremo occidental de los pastizales del Río de La Plata, uno de los principales cambios en el uso de la tierra es su reemplazo por pasturas exóticas monofíticas. Está pérdida de diversidad podría traer aparejado una reducción en la estabilidad y cambios en la estacionalidad de la producción primaria, especialmente en años con precipitaciones menores a las normales. Se evaluaron atributos funcionales relacionados con la estacionalidad y estabilidad de la productividad primaria en 9 pares de sitios apareados de pastizales naturales y pasturas de Eragorstis curvula, distribuidos a lo largo de una transecta de 300 km en el centro sur de la provincia de San Luis. Los datos de productividad se obtuvieron del sensor remoto MODIS/Terra durante el período 2000-2010. Además se determinó la diversidad de cada sitio a través de evaluaciones in situ de densidad y cobertura por especie. Por último, se obtuvieron datos de precipitaciones del sensor TRMM. El reemplazo de pastizales por pasturas adelantó 7-10 días el inicio y fin de la estación de crecimiento, sin observarse cambios en la productividad de las comunidades. La estabilidad de la productividad primaria fue menor en las pasturas de E. curvula que en los pastizales naturales. Considerando un gradiente de diversidad, también la estabilidad del inicio y largo de la estación de crecimiento se relacionó positivamente con la diversidad. Estas relaciones positivas entre diversidad y estabilidad de la producción fueron magnificadas en años secos, mostrando que cambios en el uso de la tierra pueden interactuar con el clima aumentando sus efectos negativos sobre funciones ecosistémicas claves.

Las ciencias naturales como contexto para el aprendizaje de las matemáticas mediadas por Cabri y otras tecnologías computacionales: experiencias de aula

La propuesta que hoy presentamos, es el resultado de varios años de implementación del proyecto liderado por el Ministerio de Educación, las Universidades y algunas Secretarías de Educación, conocido como Incorporación de Nuevas Tecnologías al Currículo de las Matemáticas de la Educación Básica y Media de Colombia con la mediación de los Software Interactivos como Cabri y los accesorios externos como sensores para toma de datos. Al definir el objeto de las matemáticas, encontramos que su aprendizaje no sólo se basa en formar el espíritu lógico, sino también proporcionar herramientas para la solución de problemas reales. Por lo tanto, se debe combinar el rigor lógico con la funcionalidad, puesto que además de la lógica formal las matemáticas proporcionan también un poderoso conjunto de herramientas que posibilitan describir, explicar, predecir y modelar situaciones no sólo del mundo científico, sino también de la vida cotidiana (significación). Es por esto, que juega un papel importante implementar en su didáctica, el referirla al mundo de la naturaleza, de las otras ciencias (interdisciplinariedad), y de la cotidianidad del hombre. Es fácil ver los nexos que tienen las Ciencias Naturales con el mundo extraescolar, lo que permite construir el conocimiento a partir de proyectos en donde se manipule en forma directa el mundo real. Las temáticas que se trabajan en esta propuesta además de permitir lo anterior, proporcionan el estudio formal de las matemáticas y el desarrollo de sus diferentes pensamientos. Los ejes temáticos trabajados son: Cinemática, Luz, Electricidad, Calor y Energía y propiedades químicas de las sustancias, entre otras.

La modelación y las gráficas en situaciones de movimiento con tecnología

Con este trabajo se da cuenta de los aprendizajes que logran los estudiantes del nivel bachillerato al trabajar con un problema de una situación real de movimiento empleando tecnología como son los sensores (dispositivos transductores) y calculadora graficadora. La aproximación socioepistemológica sirvió de sustento para realizar un análisis previo, el cual nos permitió identificar tres usos de las gráficas: construcción de gráficas utilizando la regla de correspondencia entre dos variables, gráficas por operaciones gráficas y la graficación por medio de la simulación de un fenómeno físico empleando tecnología. El trabajo con estudiantes nos permitió caracterizar el uso de las gráficas a partir de las actividades de modelación con las características del Comportamiento Tendencial de las Funciones.

Levantamiento de una base de datos para el diagnóstico de fallas en motores de combustión interna ciclo Otto con sistema MPFI mediante el análisis del sensor MAP

En el presente documento se presenta el desarrollo de la creación de una base de datos para el diagnóstico de fallas en los motores de combustión interna MPFI mediante el análisis del sensor MAP (Manifold Absolute Pressure), a través del cual se puede determinar y diagnosticar fallas en sensores, actuadores y sistemas auxiliares.

Metrologia óptica com fibra polimérica

O presente trabalho teve por objectivo global o estudo e desenvolvimento de sensores baseados em fibra óptica polimérica. O crescimento da tecnologia polimérica nos últimos anos permitiu a introdução deste tipo de fibras ópticas na área das telecomunicações e no desenvolvimento de sensores. As vantagens associadas à metrologia óptica com fibra polimérica têm vindo a atrair as atenções da comunidade científica dado que permitem o desenvolvimento de sistemas de baixo-custo ou custo competitivo face às tecnologias convencionais. Dada a actualidade do tema proposto, descreve-se, numa primeira fase, a tecnologia em fibra óptica polimérica existente no mercado e o estado de arte de sensores em fibra óptica polimérica. Segue-se a descrição de dois tipos de sensores baseados em modulação de intensidade. Projectou-se um sensor extrínseco capaz de avaliar a quantidade de luz dispersa e absorvida por partículas suspensas num líquido. Foi efectuada a caracterização do sensor quanto à concentração de partículas suspensas, tamanho e reflectividade. O sensor foi testado no âmbito da monitorização ambiental, designadamente, na análise de turbidez em amostras de sedimentos recolhidos em áreas ardidas. O sistema desenvolvido foi comparado com um sistema comercial. Um sensor intrínseco, baseado no polimento lateral de fibra óptica polimérica, foi analisado analiticamente. O modelo teórico avalia o sensor em diferentes condições de macroencurvamento e de índice de refracção do meio envolvente. O modelo teórico foi validado positivamente através de resultados experimentais. Foi avaliada a sensibilidade à temperatura e os conhecimentos adquiridos foram aplicados no desenvolvimento de um sistema capaz de monitorizar a cura de diferentes materiais. É ainda apresentada uma técnica para melhorar a sensibilidade do sensor de curvatura através da aplicação de um revestimento na zona sensível. A dependência na curvatura da potência transmitida por uma fibra óptica polida lateralmente serviu de base ao desenvolvimento de uma joelheira e de uma cotoveleira instrumentada, capazes de avaliar quantitativamente o movimento articular. A necessidade de portabilidade levou ao desenvolvimento de um sistema sem fios para aquisição e transmissão de dados. Espera-se que os protótipos desenvolvidos venham a ter um impacto significativo em sistemas futuros aplicados à medicina física e reabilitação.

Bottom up strategies for the morphology control of BaTiO3 particulates

As propriedades funcionais dos materiais ferroeléctricos tais como a polarização reversível, piroelectricidade, piezoelectricidade, elevada actividade óptica não linear e comportamento dieléctrico não linear são fundamentais para a sua aplicação em sensores, microactuadores, detectores de infravermelhos, filtros de fase de microondas e memórias não-voláteis. Nos últimos anos, motivado pelas necessidades industriais de redução do tamanho dos dispositivos microelectrónicos, aumentando a eficiência volumétrica, tem sido feito um grande esforço ao nível da investigação para desenvolver estruturas ferroeléctricas à escala micro- e nano- métrica. É sabido que a redução de tamanho em materiais ferroeléctricos afecta significamente as suas propriedades. Neste sentido e considerando que foi previsto teoreticamente por cálculos ab initio que estruturas do tipo nanocilindros e nanodiscos apresentariam um novo tipo de ordem ferroeléctrica e, na expectativa de alcançar conhecimento para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos microelectróncos, existe um grande interesse em desenvolver métodos de fabrico de nanoestruturas ferroeléctricas unidimensionais (1D) tais como nanocilindros e nanotubos. As estratégias de fabrico de nanoestruturas 1D até agora descritas na literatura indicam claramente as dificuldades inerentes à sua preparação. Existem duas grandes vias de síntese destas nanoestruturas: i) o método “topdown” que consiste na redução de tamanho de um dado material até à obtenção duma estrutura 1D; e ii) o método “bottom-up” em que átomos, iões e moléculas são agrupados para formar um material 1D. O método “top down” envolve em geral técnicas de desgaste, como o uso do feixe de electrões, que apesar de permitirem elevada precisão no posicionamento e no controlo do tamanho, falham em termos de resolução, exigem muito tempo e causam facilmente defeitos que deterioram as propriedades físicas destes materiais. Na metodologia “bottom up” a utilização de moléculas ou estruturas “molde” tem sido a mais explorada. As estructuras 1D podem também ser preparadas sem recorrer a “moldes”. Neste caso a agregação orientada é promovida pelo recurso a aditivos que controlam o crescimento dos cristais em direcções preferenciais. Neste contexto, neste trabalho utilizaram-se duas estratégias “bottom up” de baixo custo para a preparação de nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) com morfologia controlada: 1) síntese química (em solução e em fase vapor) com utilização de nanotubos de titanato TiNTs) como “moldes” e precursores de titânio 2) síntese química em solução com presença de aditivos. Os nanotubos de titanato de sódio foram preparados por síntese hidrotermal. Como existiam muitas dúvidas acerca da natureza estrutural e do mecanismo de formação dos NTs, a parte inicial do trabalho foi dedicada à realização de um estudo sistemático dos parâmetros intervenientes na síntese e à caracterização da sua estrutura e microestrutura. Foi demonstrado que os NTs têm a fórmula geral A2Ti2O5 (A = H+ or Na+), e não TiO2 (anátase) com defendido por vários autores na literatura, e podem ser preparados por método hidrotermal em meio fortemente alcalino usando como fonte de titânio TiO2 comercial na forma de anátase ou rútilo. A menor reactividade do rútilo exige temperaturas de síntese superiores ou tempos de reacção mais longos. A forma tubular resulta do tratamento hidrotermal e não de processos de lavagem e neutralização subsequentes. Se os NTs forem tratados após a síntese hidrotérmica em água a 200 ºC, transformam-se em nanocilindros. Uma das partes principais desta tese consistiu na investigação do papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3. O potencial funcionamento dos NTs como “moldes” para além de precursores foi testado em reacção com hidróxido de bário em síntese em solução e por reacção com um precursor orgânico de bário em fase vapor. Tendo por base os estudos cinéticos realizados, bem como as alterações estruturais e morfológicas das amostras, é possível concluir que a formação do BaTiO3 a partir de NTs de titanato de sódio, ocorre por dois mecanismos dependendo da temperatura e tempo de reacção. Assim, a baixa temperatura e curto tempo de reacção verifica-se que se formam partículas dendríticas de BaTiO3 cuja superfície é bastante irregular (“wild”) e que apresentam estrutura pseudo-cúbica. Estas partículas formam-se por reacção topotáctica na fronteira dos nanotubos de titanato de sódio. A temperaturas mais altas e/ou reacções mais longas, a reacção é controlada por um mecanismo de dissolução e precipitação com formação de dendrites de BaTiO3 tetragonais com superfície mais regular (“seaweed”). A microscopia de força piezoeléctrica mostrou que as dendrites “seaweeds“ possuem actividade piezoeléctrica superior à das dendrites “wild”, o que confirma o papel desempenhado pela estrutura e pela concentração de defeitos na rede na coerência e ordem ferroeléctrica de nanoestruturas. Os nossos resultados confirmam que os NTs de titanato não actuam facilmente como “moldes” na síntese em solução de BaTiO3 já que a velocidade de dissolução dos NTs em condições alcalinas é superior à velocidade de formação do BaTiO3. Assumindo que a velocidade de reacção dos NTs com o precursor de bário é superior em fase vapor, efectuou-se a deposição de um precursor orgânico de bário por deposição química de vapor sobre um filme de NTs de titnato de sódio depositados por deposição electroforética. Estudou-se a estabilidade dos NTs nas diferentes condições do reactor. Quando os NTs são tratados a temperaturas superiores a 700 ºC, ocorre a transformação dos NTs em nanocilindros de anatase por um mecanismo de agregação orientada. Quando se faz a deposição do precursor de bário, seguida de calcinação a 700 ºC em atmosfera oxidante de O2, verifica-se que a superficie dos NTs fica coberta com nanocristais de BaTiO3 independentemente da concentração de bário. O papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em fase vapor é assim descrito pela primeira vez. Em relação à metodologias de crescimento de partículas na ausência de “moldes” mas com aditivos fez-se um estudo sistemático utilizando 5 aditivos de natureza differente. As diferenças entre aditivos foram sistematizadas tendo em conta as diferenças estruturais e morfológicas verificadas. Está provado que os aditivos podem funcionar como modificadores de crescimento cristalino por alteração do seu padrão de crescimento ou por alteração da cinética de crescimento das faces cristalográficas do cristal. Entre os aditivos testados verificou-se que o ácido poliacrilíco adsorve em faces específicas do BaTiO3 alterando a cinética de crescimento e induzindo a agregação orientada das partículas. O polivinilpirrolidona, o docecilsulfato de sódio e hidroxipropilmetilcelulose actuam mais como inibidores de crescimento do que como modificadores do tipo de crescimento. A D-frutose aumenta a energia de activação da etapa de nucleação não ocorrendo formação de BaTiO3 para as mesmas condições dos outros aditivos. Esta tese clarifica o papel dos NTs de titanato de sódio enquanto precursores e “moldes” no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em solução e em fase vapor. É feita também a abordagem do controlo morfológico do BaTiO3 através do uso de aditivos. As estratégias de preparação de BaTiO3 propostas são de baixo custo, reprodutíveis e fáceis de efectuar. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão da relação tamanho – morfologia – propriedade em materiais ferroeléctricos nanométricos com vista à sua potencial aplicação.

Study of multiferroic materials

The present PhD work aims the research and development of materials that exhibit multiferroic properties, in particular having a significant interaction between ferromagnetism and ferroelectricity; either directly within an intrinsic single phase or by combining extrinsic materials, achieving the coupling of properties through mechanic phenomena of the respective magnetostriction and piezoelectricity. These hybrid properties will allow the cross modification of magnetic and electric polarization states by the application of cross external magnetic and/or electric fields, giving way to a vast area for scientific investigation and potential technological applications in a new generation of electronic devices, such as computer memories, signal processing, transducers, sensors, etc. Initial experimental work consisted in chemical synthesis of nano powders oxides by urea pyrolysis method: A series of ceramic bulk composites with potential multiferroic properties comprised: of LuMnO3 with La0.7Sr0.3MnO3 and BaTiO3 with La0.7Ba0.3MnO3; and a series based on the intrinsic multiferroic LuMn1-zO3 phase modified with of Manganese vacancies. The acquisition of a new magnetron RF sputtering deposition system, in the Physics Department of Aveiro University, contributed to the proposal of an analogous experimental study in multiferroic thin films and multilayer samples. Besides the operational debut of this equipment several technical upgrades were completed like: the design and construction of the heater electrical contacts; specific shutters and supports for the magnetrons and for the substrate holder and; the addition of mass flow controllers, which allowed the introduction of N2 or O2 active atmosphere in the chamber; and the addition of a second RF generator, enabling co-deposition of different targets. Base study of the deposition conditions and resulting thin films characteristics in different substrates was made from an extensive list of targets. Particular attention was given to thin film deposition of magnetic phases La1-xSrxMnO3, La1-xBaxMnO3 and Ni2+x-yMn1-xGa1+y alloy, from the respective targets: La0.7Sr0.3MnO3, La0.7Ba0.3MnO3; and NiGa with NiMn. Main structural characterization of samples was performed by conventional and high resolution X-Ray Diffraction (XRD); chemical composition was determined by Electron Dispersion Spectroscopy (EDS); magnetization measurements recur to a Vibrating Sample Magnetometer (VSM) prototype; and surface probing (SPM) using Magnetic-Force (MFM) and Piezo-Response (PFM) Microscopy. Results clearly show that the composite bulk samples (LuM+LSM and BTO+LBM) feat the intended quality objectives in terms of phase composition and purity, having spurious contents below 0.5 %. SEM images confirm compact grain packaging and size distribution around the 50 nm scale. Electric conductivity, magnetization intensity and magneto impedance spreading response are coherent with the relative amount of magnetic phase in the sample. The existence of coupling between the functional phases is confirmed by the Magnetoelectric effect measurements of the sample “78%LuM+22%LSM” reaching 300% of electric response for 1 T at 100 kHz; while in the “78%BTO+22%LBM” sample the structural transitions of the magnetic phase at ~350 K result in a inversion of ME coefficient the behavior. A functional Magneto-Resistance measurement system was assembled from the concept stage until the, development and operational status; it enabled to test samples from 77 to 350 K, under an applied magnetic field up to 1 Tesla with 360º horizontal rotation; this system was also designed to measure Hall effect and has the potential to be further upgraded. Under collaboration protocols established with national and international institutions, complementary courses and sample characterization studies were performed using Magneto-Resistance (MR), Magneto-Impedance (MZ) and Magneto-Electric (ME) measurements; Raman and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS); SQUID and VSM magnetization; Scanning Electron Microscopy (SEM) and Rutherford Back Scattering (RBS); Scan Probe Microscopy (SPM) with Band Excitation Probe Spectroscopy (BEPS); Neutron Powder Diffraction (NPD) and Perturbed Angular Correlations (PAC). Additional collaboration in research projects outside the scope of multiferroic materials provided further experience in sample preparation and characterization techniques, namely VSM and XPS measurements were performed in cubane molecular complex compounds and enable to identify the oxidation state of the integrating cluster of Ru ions; also, XRD and EDS/SEM analysis of the acquired targets and substrates implied the devolution of some items not in conformity with the specifications. Direct cooperation with parallel research projects regarding multiferroic materials, enable the assess to supplementary samples, namely a preliminary series of nanopowder Y1-x-yCaxØyMn1O3 and of Eu0.8Y0.2MnO3, a series of micropowder composites of LuMnO3 with La0.625Sr0.375MnO3 and of BaTiO3 with hexagonal ferrites; mono and polycrystalline samples of Pr1-xCaxMnO3, La1-xSrxMnO3 and La1-xCaxMnO3.

Aplicações das redes de Bragg na biomecânica

O presente trabalho tem como objectivo o estudo, desenvolvimento e aplicações na área da biomecânica de sensores intrínsecos baseados em redes de Bragg em fibras ópticas (FBG). As aplicações são feitas em modelos biomecânicos in vitro tais como: implantes de anca, prótese de joelho, placas de osteossíntese e implantes dentários. A optimização do desenvolvimento de próteses e respectivos elementos de fixação é actualmente dependente da geração e validação experimental de seus modelos computacionais. A validação destes modelos é normalmente feita utilizando-se dados de ensaios não invasivos e invasivos em modelos sintéticos. Em ensaios in vitro os sensores convencionais têm um princípio de funcionamento eléctrico e apresentam por vezes dimensões inadequadas. Existem situações exploradas no presente trabalho, tais como sensoriamento de superfícies irregulares e junções ou ainda análises de deformações internas, onde é recomendável a utilização de sensores FBG, pois apresentam dimensões reduzidas e flexibilidade o que permite efectuar medidas localizadas. O desenvolvimento de um protocolo de utilização de FBG e a sua aplicação no contexto apresentado demonstrou-se mais adequado, pela precisão e segurança futura oferecidas. Foi desenvolvida uma metodologia experimental para medidas de deformações utilizando FBG ao longo de uma placa de osteossíntese metálica aparafusada a um fémur sintético fracturado. Foi efectuada a monitorização da cura do cimento ósseo utilizado como fixador do prato tibial na artroplastia total do joelho através da medida da sua contracção e temperatura. Foi também desenvolvido um sistema refrigerador com resposta às leituras de temperatura com vista a evitar a necrose do osso. Foram efectuados estudos de deformação nesse cimento após a sua cura, como resultado da aplicação de cargas mecânicas estáticas. Foram efectuados estudos da cura de cimento ósseo aplicado a próteses de anca e também de deformações nestas próteses. Foi ainda efectuado o estudo comparativo de vários implantes dentários através da medida da distribuição de deformações como resposta a excitações mecânicas impulsivas. Para a desmodulação das FBG foram inicialmente utilizados sistemas comerciais. Entretanto algumas aplicações não puderam ser implementadas com estes sistemas comerciais devido à baixa reflectividade das FBG utilizadas, mas fundamentalmente devido à necessidade de executar testes com uma taxa de aquisição maior do que os 5 Hz disponíveis (cerca de 15 kHz). Por estes motivos foi desenvolvido um sistema optoelectrónico completo de desmodulação de FBG baseado num filtro sintonizável e que tem como característica principal a alta taxa de aquisição (até 1,2 MHz) mas também se destaca pela facilidade na reconfiguração dos parâmetros de leitura, pela apresentação duma interface de utilizador amigável e pela capacidade de operar com até 5 FBG na mesma fibra óptica.