On the development of advanced techniques for mixed-elastohydrodynamic lubrification modelling of journal and sliding bearing systems.

The present thesis is focused on the development of a thorough mathematical modelling and computational solution framework aimed at the numerical simulation of journal and sliding bearing systems operating under a wide range of lubrication regimes (mixed, elastohydrodynamic and full film lubrication regimes) and working conditions (static, quasi-static and transient conditions). The fluid flow effects have been considered in terms of the Isothermal Generalized Equation of the Mechanics of the Viscous Thin Films (Reynolds equation), along with the massconserving p-Ø Elrod-Adams cavitation model that accordingly ensures the so-called JFO complementary boundary conditions for fluid film rupture. The variation of the lubricant rheological properties due to the viscous-pressure (Barus and Roelands equations), viscous-shear-thinning (Eyring and Carreau-Yasuda equations) and density-pressure (Dowson-Higginson equation) relationships have also been taken into account in the overall modelling. Generic models have been derived for the aforementioned bearing components in order to enable their applications in general multibody dynamic systems (MDS), and by including the effects of angular misalignments, superficial geometric defects (form/waviness deviations, EHL deformations, etc.) and axial motion. The bearing exibility (conformal EHL) has been incorporated by means of FEM model reduction (or condensation) techniques. The macroscopic in fluence of the mixedlubrication phenomena have been included into the modelling by the stochastic Patir and Cheng average ow model and the Greenwood-Williamson/Greenwood-Tripp formulations for rough contacts. Furthermore, a deterministic mixed-lubrication model with inter-asperity cavitation has also been proposed for full-scale simulations in the microscopic (roughness) level. According to the extensive mathematical modelling background established, three significant contributions have been accomplished. Firstly, a general numerical solution for the Reynolds lubrication equation with the mass-conserving p - Ø cavitation model has been developed based on the hybridtype Element-Based Finite Volume Method (EbFVM). This new solution scheme allows solving lubrication problems with complex geometries to be discretized by unstructured grids. The numerical method was validated in agreement with several example cases from the literature, and further used in numerical experiments to explore its exibility in coping with irregular meshes for reducing the number of nodes required in the solution of textured sliding bearings. Secondly, novel robust partitioned techniques, namely: Fixed Point Gauss-Seidel Method (PGMF), Point Gauss-Seidel Method with Aitken Acceleration (PGMA) and Interface Quasi-Newton Method with Inverse Jacobian from Least-Squares approximation (IQN-ILS), commonly adopted for solving uid-structure interaction problems have been introduced in the context of tribological simulations, particularly for the coupled calculation of dynamic conformal EHL contacts. The performance of such partitioned methods was evaluated according to simulations of dynamically loaded connecting-rod big-end bearings of both heavy-duty and high-speed engines. Finally, the proposed deterministic mixed-lubrication modelling was applied to investigate the in fluence of the cylinder liner wear after a 100h dynamometer engine test on the hydrodynamic pressure generation and friction of Twin-Land Oil Control Rings.

Anisotropia magnética em nanofilmes com assimetria cristalográfica

This Thesis comprises a theoretical study about the influence of the magnetocrystalline anisotropy on the static and dynamic magnetic properties of nanofilms: monolayers and trilayers coupled through the bilinear and biquadratic exchange fields, for situations in which the systems are grown in unusual [hkl] asymmetric directions. Using a theory based on a realistic phenomenological model for description of nanometric systems, we consider the total free magnetic energy including the Zeeman interaction, cubic and uniaxial anisotropies, demagnetizing and surface anysotropy energies, as well as the exchange terms. Numerical calculations are conducted by minimizing the total magnetic energy from the determination of equilibrium static configurations. We consider experimental parameters found in the literature to illustrate our results for Fe/Cr/Fe trilayer systems. In particular, a total of six different magnetic scenarios are analyzed for three regimens of exchange fields and the [211] and [321] asymmetric growth directions. After numerically minimize the total energy, we use the equilibrium configurations to calculate magnetization and magnetoresistance curves with the respective magnetic phases and corresponding critical fields. These results are also used to establish the boundary for occurrence of saturated states. Within the context of the spin waves, we solve the equation of motion for these systems in order to find the respective associated dispersion relations. The results show similar magnetization and magnetoresistance curves for both [211] and [321] growth scenarios, including an equivalent magnetic transition behavior. However, the combination of those peculiar symmetries and influence of the exchange energies results in attractive properties, including the generation of magnetic states as a function of the asymmetric degree imposed in the [hkl] growth orientations. There is also an increasing incompatibility between the values of saturation fields of magnetization and magnetoresistance for the cases in which a magnetic field acts along intermediate cubic anisotropic axes, particularly in the situations where the bilinear and biquadratic exchange fields are comparable. The dispersion relations and static results are consistent, the corresponding magnetic states are also present in both acoustic and optical modes. Furthermore, Goldstone excitations are also observed for that particular cases of a magnetic field acting in the intermediate axes, an effect related to transitions of second order and to the spontaneous symmetry breaking imposed by the combination of the biquadratic energy with the cubic and uniaxial anisotropies.

Revestimentos a base de Ta/Al2O3 produzidos por aspersão térmica sobre substrato metálico

Metal substrates were coated by thermal spraying plasma torch, they were positioned at a distance of 4 and 5 cm from the nozzle exit of the plasma jet. The starting materials were used for deposition of tantalum oxide powder and aluminium. These two materials were mixed and ground into high-energy mill, then immersed in the torch for the production of alumina coating infused with particles of tantalum with nano and micrometric size. The spraying equipment used is a plasma torch arc not transferred, which operating in the range of 250 A and 80 V, was able to produce enough heat to ignite aluminothermic between Ta2O5 and aluminum. Upon reaching the plasma jet, the mixing powders react with the heat of the blaze, which provides sufficient energy for melting aluminum particles. This energy is transferred through mechanisms of self-propagating to the oxide, beginning a reduction reaction, which then hits on the surface of the substrate and forms a coating on which a composite is formed by a junction metal - ceramic (Ta +Al2O3). The phases and quantification of each were obtained respectively by X-ray diffraction and the Rietveld method. Morphology by scanning electron microscopy and chemical analysis by energy dispersive spectroscopy EDS. It was also performed measurements of the substrate roughness, Vickers microhardness measurements in sprays and determination of the electron temperature of the plasma jet by optical emission spectroscopy EEO. The results confirmed the expectation generated around the end product of spraying the mixture Ta2O5 + Al, both in the formation of nano-sized particles and in their final form. The electron excitation temperature was consistent with the purpose of work, in addition, the thermodynamic temperature was efficient for the reduction process of Ta2O5. The electron excitation temperature showed values of 3000, 4500 and 8000 K for flows10, 20 and 30 l / min respectively, these values were taken at the nozzle exit of the plasma jet. The thermodynamic temperature around 1200 ° C, was effective in the reduction process of Ta2O5

Determination and fractionation of barium in Brazil nuts

Several sample preparation strategies were employed for determination and fractionation of barium in Brazil nuts using measurements by graphite furnace atomic absorption spectrometry (GF AAS) and inductively coupled plasma optical emission spectrometry with axial view (ICP OES). This food is widely consumed because of its nutritional value and good taste. The chemical analysis of Brazil nuts is not trivial due to their complex matrix. The fractionation of barium in Brazil nuts was studied owing to the toxicity of this element and the strong correlation between chemical form and absorption. Total concentrations of barium varied from 860 to 2084 mg kg-1. Sequential extractions were performed based on solubility in different media and also according to lipids, proteins and low molecular weight fractions (LMW). The greatest contents of barium were determined in the LMW and in the water insoluble fractions with concentrations in the range 778 to 1606 and 551 to 1520 mg kg-1, respectively. Based on these results it can be inferred that Ba is not absorbed when Brazil nuts are ingested. Considering both the contents of barium and sulfur in different fractions and stoichiometric calculations it was also possible to assume that barium occurs mainly in the BaSO4 form. The presence of this chemical form was also confirmed by thermogravimetric measurements.

Síntese, aplicação e avaliação da toxicidade aguda de complexo orgânico à base de európio proposto como marcador fotoluminescente para a Identificação de resíduos de tiro

Um complexo de alta fotoluminescência é proposto como marcador óptico para a identificação de resíduos de tiro (GSR). O marcador é o complexo [Eu(PIC)3(NMK)3], de fórmula molecular Eu(C6H2N3O7)3.(C7H13NO)3, que apresenta o íon Eu3+ e os ligantes ácido pícrico (PIC) e n-metil-Ɛ-caprolactama (NMK). Foi realizada a caracterização quimicamente através de espectroscopia de emissão, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), termogravimetria e análise térmica diferencial (TG/DTA), e espectrometria de massas com ionização por eletrospray e ressonância ciclotrônica de íons por transformada de Fourier (ESI-FT-ICR MS), e, em seguida, foram adicionadas diferentes massas do complexo a munições convencionais (de 2 a 50 mg por cartucho). Após os tiros, o GSR marcado foi visualmente e quimicamente detectado por irradiação UV (ʎ = 395 nm) e ESI-FT-ICR MS, respectivamente. Os resultados mostraram uma fotoluminescência eficiente e duradoura, sendo facilmente visível sobre a superfície do alvo, no ambiente, no cartucho deflagrado, na arma de fogo, e sobre as mãos e braços do atirador quando utilizada massa a partir de 25 mg do marcador em cartuchos .38 e 50 mg em cartuchos .40. Sua toxicidade aguda também foi avaliada empregando-se o Protocolo 423 da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OECD) e apresentou DL50 de 1000 mg.kg-1, sendo classificado como de categoria 4 na escala do Sistema Globalmente Harmonizado de Classificação e Rotulagem de Produtos Químicos (GHS), considerado, portanto, de média toxicidade. O composto mostrou ser menos tóxico do que os componentes inorgânicos de munições convencionais (em especial o Pb), justificando o seu emprego como marcador de GSR.

Desenvolvimento de metodologia para determinação de Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Se e V em amostras de água produzida da indústria do petróleo através da técnica ICP OES utilizando digestão por micro-ondas

O descarte ou reutilização da água produzida da indústria do petróleo é difícil por causa dos impactos ambientais causados devido à presença de alta salinidade e componentes tóxicos, ou pelo risco de obstrução nas colunas de produção devido à formação de incrustações que causam redução na produção de petróleo e enormes perdas no processo de extração. Assim, o conhecimento da composição química da água produzida é muito importante. O método proposto por este trabalho visa a determinação de elementos traço (Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Se e V) em amostras de água produzida de petróleo por espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES) utilizando a digestão ácida assistida por micro-ondas para o preparo das amostras (15 g de amostra e 2 mL de HNO3 concentrado). A curva analítica construída em HNO3 2% v v-1 foi adotada para o método após verificar que não é necessário o uso de salinidade para equiparação de matriz. Para o elemento Ni, não há necessidade do uso de padrão interno, para os elementos Co, Cr, Fe, Mn e V os melhores resultados foram obtidos usando Sc como padrão interno. Para o elemento Se é recomendado o uso de Y como padrão interno. Os limites de detecção obtidos foram Co 0,67, Cr 1,2, Fe 2,3, Mn 0,49, Ni 1,9, Se 3,7 e V 5,5 μg L-1; e os limites de quantificação foram Co 2,2, Cr 4,0, Fe 7,7, Mn 1,6, Ni 6,5, Se 12,4 e V 18,3 μg L-1. A exatidão do procedimento foi verificada através de testes de recuperação em dois níveis de concentração (40 e 80 μg L-1) e análise dos materiais certificados de referência de água estuarina SLEW-2 e de água do mar NASS-5. Bons valores de recuperação foram obtidos e não houve diferença significativa (95% de confiança) entre os resultados obtidos e os valores certificados dos materiais de referência.

Análise da concentração de chumbo em sangue de ratos Wistar sujeitos a uma exposição continuada

Dissertação apresentada na faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Uma abordagem a sistemas de crescimento celular apical: síntese de um sensor para iões citosólicos de potássio

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Bioorgânica

Estudo quantitativo de metais presentes na hemolinfa de Biomphalaria glabrata (Gastropoda), infectadas e não infectadas com Schistosoma mansoni

Inicialmente, desenvolveu-se um estudo para quantificar e comparar as concentrações de alguns metais presentes em duas amostras de hemolinfa do caramujo Biomphalaria glabrata (infectados e não-infectados com Schistosoma mansoni). A espectrometria de emissão óptica com fonte de plasma induzido (ICP-OES), foi utilizada para analisar os metais nas duas amostras. Os metais estudados foram: alumínio, cálcio, cádmio, cobalto, cromo, cobre, ferro, potássio, magnésio, manganês, chumbo e zinco. Os resultados mostram que, a princípio, os metais não são fatores determinantes no processo de defesa desses organismos contra este parasita, quando presente nos seus tecidos.

Decomposição de amostras de solos assistida por radiação microondas: estratégia para evitar a formação de fluoretos insolúveis

A decomposição de amostras que contêm elevados teores de Si, utilizando mistura com os ácidos nítrico e fluorídrico, pode provocar a precipitação de fluoretos de Al(III), Ca(II), Fe(III) e Mg(II) durante a digestão, impedindo a recuperação total desses elementos. Visando minimizar esse problema, foram testados quatro procedimentos aplicados a diferentes amostras de solos. O procedimento mais eficiente envolveu a decomposição assistida por radiação microondas, seguida pela separação do material sólido residual com elevado teor de Si do sobrenadante ácido. A fração residual foi solubilizada usando HF concentrado e, após complexação com ácido bórico, essa solução foi misturada à fase líquida do digerido. Os teores de metais nos digeridos foram determinados por espectrometria de emissão óptica em plasma induzido (ICP OES) e a exatidão foi demonstrada aplicando o procedimento proposto em amostras provenientes do programa colaborativo International Soil-Analytical Exchange (ISE, Wegening Agricultural University, Holanda) e em amostra certificada de solo proveniente do National Institute of Standard and Technology (NIST, SRM 2709), que apresentou respectivamente, os seguintes percentuais de recuperação: 100,0 ± 2,6; 99,5 ± 1,9; 108,5 ± 2,7; 94,6 ± 8,9; 92,2 ± 9,7; 95,7 ± 1,8; 96,7 ± 2,7; 95,2 ± 0,6; 103,6 ± 2,6 e 96,1 ± 1,6 para, Al, Ba, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, V e Zn.

Uso de ICP OES e titrimetria para a determinação de cálcio, magnésio e alumínio em amostras de solos

O crescente interesse dos laboratórios brasileiros de análise de fertilidade de solos pela espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES) em detrimento da técnica de titrimetria deve-se à possibilidade da determinação simultânea de diferentes metais em uma ampla faixa de concentrações em extratos de interesse agronômico. Este estudo compara a precisão, reprodutibilidade e exatidão das duas técnicas de determinação de Ca, Mg e Al trocáveis extraídos com KCl 1 mol L-1 em amostras de solos. Foram analisadas 15 amostras de solos de referência, sendo três deles selecionados para avaliar a precisão e a reprodutibilidade das técnicas de determinação. A titrimetria e o ICP OES forneceram resultados mais reprodutíveis e precisos para a determinação de Ca, Mg e Al quando o extrato foi analisado sem diluição. As técnicas de determinação diferiram estatisticamente (p < 0,05) pelo teste de identidade aplicado para comparação dos resultados de Ca, Mg e Al. Nas condições testadas, não se recomenda o uso de ICP OES para as determinações de Ca, Mg e Al trocáveis em amostras de solos.

Valores de referência de qualidade para metais pesados em solos no Estado do Espírito Santo

Valores de referência de qualidade (VRQ) para metais pesados em solos, em âmbito mundial, são bastante heterogêneos. No Brasil, poucos estudos para estabelecer esses valores foram concluídos. Na ausência de VRQ para metais pesados em solos, estabelecidos para as condições do Estado do Espírito Santo, utilizam-se valores genéricos internacionais ou desenvolvidos para outros Estados. Entretanto, deve-se ressaltar que o uso desses valores pode levar a avaliações inadequadas, já que existem diferenças nas condições técnicas e variáveis ambientais de cada região, em especial das condições geológicas, hídricas e pedológicas. Essas diferenças justificam o desenvolvimento de uma tabela própria com VRQ para metais pesados em solos, adequada às condições do Estado do Espírito Santo. Nesse sentido, o presente estudo buscou obter os teores naturais de 10 metais pesados e verificar a distribuição desses elementos nos solos das bacias hidrográficas Riacho, Reis Magos e Santa Maria da Vitória, no Estado do Espírito Santo, tendo em vista o estabelecimento de Valores de Referência de Qualidade (VRQ). Para isso, foram determinados os teores totais por ataque ácido, com digestão em forno micro-ondas, conforme o método SW-846 3052 da Environmental Protection Agency (USEPA) e dosagem por espectrofotometria de emissão óptica com plasma induzido (ICP- OES). Os teores totais extraídos nos solos dessas bacias hidrográficas são relativamente baixos e inferiores aos reportados para solos de regiões brasileiras e de outros países. Os teores de cádmio ficaram abaixo do limite de detecção (LD) do método para todas as amostras. Em consequência, os VRQ obtidos para 12 metais pesados no Estado do Espírito Santo foram semelhantes ou inferiores aos obtidos para outras regiões do Brasil e do mundo. Os VRQ obtidos a partir do percentil 75 (quartil superior) para As (< 12,83), Cd (< 0,13), Co (10,21), Cr (54,13), Cu (5,91), Mn (137,80), Mo (1,74), Ni (9,17), Pb (< 4,54), V (109,96) e Zn (29,87), em mg kg-1; encontram-se próximos ou abaixo daqueles obtidos para o Estado de São Paulo e para solos brasileiros, de modo geral.

Comparação de métodos convencional e alternativo para determinação de sódio, potássio e fósforo em extratos de solos obtidos com solução de mehlich-1

Foram comparadas as concentrações de Na, K e P em extratos de solos, obtidas por um método de extração convencional, no qual é utilizada uma razão solo:extrator (Mehlich-1) de 1:10, com aquelas encontradas utilizando uma razão solo:extrator (Mehlich-1) de 1:5. Também, foram comparados os resultados obtidos por técnicas de quantificação convencionais, nas quais Na e K são quantificados por fotometria de chama e P por espectrofotometria de absorção molecular, com aqueles encontrados por espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES). Foram analisadas 15 amostras de solo brasileiro. No estudo de repetibilidade aplicado a todos os resultados, os maiores CVs foram encontrados para P e Na, principalmente quando as concentrações dos analitos foram menores (< 9 mg dm-3 para P e < 10 mg dm-3 para Na). Esse fato foi devido provavelmente à heterogeneidade dos extratos, que continham partículas coloidais. Filtração ou centrifugação em vez de decantação dos extratos provavelmente resultaria em menores CVs. No estudo de reprodutibilidade, realizado para três amostras, foram obtidos resultados não reprodutíveis somente para K em uma amostra. Todos os resultados obtidos por ICP OES foram semelhantes aos obtidos por espectrofotometria de absorção molecular UV-Vis. e fotometria de chama, indicando que a primeira técnica foi adequada para determinação de Na, K e P nos extratos de solos tropicais obtidos com solução de Mehlich-1. Os resultados de Na, K e P obtidos com razão solo:extrator de 1:5 foram estatisticamente diferentes daqueles em que se utilizou razão solo:extrator de 1:10. A maioria dos resultados obtidos com razão solo:extrator de 1:5 foi menor que os obtidos com razão solo:extrator 1:10, sobretudo nas amostras com concentrações de analitos mais elevadas. Portanto, para estudos comparativos envolvendo macronutrientes, deve-se utilizar o método convencional com razão solo:extrator de 1:10.

Comparação de métodos convencional e alternativo para determinar Cu, Fe, Mn e Zn em extratos de solos obtidos com solução de mehlich-1

Nos laboratórios brasileiros, a determinação de micronutrientes para estudos de fertilidade de solos é realizada por extração com solução de Mehlich-1 (M-1), utilizando-se uma razão solo: extrator de 1:5 m/v e posterior quantificação por espectrometria de absorção atômica (AAS). No entanto, muitos laboratórios também empregam razão solo:extrator M-1 de 1:10 m/v para determinar macronutrientes e, ou, quantificar por espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES), em substituição ao AAS. Como estudos comparativos entre as concentrações de micronutrientes obtidos por esses métodos alternativos são escassos, o objetivo deste trabalho foi investigar se essas diferentes condições experimentais gerariam diferentes resultados. Os resultados foram estatisticamente tratados e revelaram que as concentrações de Fe e Mn, utilizando-se ambas as razões de solo:extrator M-1 (1:5 e 1:10 m/v) e de Zn, na razão solo:extrator M-1 de 1:10 m/v, foram estatisticamente iguais, enquanto as concentrações de Cu em ambas as razões solo:extrator M-1 e de Zn na razão solo:extrator de 1:5 m/v foram diferentes, quando as duas técnicas de quantificação (ICP OES e AAS) foram comparadas. Também, todas as concentrações de Cu, Fe, Mn e Zn obtidas utilizando razão solo:extrator M-1 de 1:5 m/v foram diferentes daquelas encontradas com a razão de 1:10 m/v, independentemente da técnica de quantificação. A maioria dessas concentrações foi maior quando se usou a razão de 1:5 m/v e alterou a classe de interpretação dos teores. Portanto, não recomenda-se o uso da razão solo:extrator de 1:5 para as extrações dos micronutrientes Cu, Fe, Mn e Zn com solução M-1 de amostras de solo.

Validação e aplicação de metodologia analítica na determinação de nutrientes inorgânicos em arroz polido

Um método de digestão parcial de arroz polido cru (Oryza sativa), para a determinação de nutrientes inorgânicos (Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P e Zn) por espectrometria de emissão óptica com plasma de argônio indutivamente acoplado, foi validado. Baseado na hidrólise com HCl, o método é simples e relativamente rápido, e apresentou características satisfatórias de desempenho. Através deste método, prepararam-se 40 amostras de arroz polido cru comercializadas no Estado de São Paulo (Brasil). Depois de determinação por espectrometria de emissão, os teores médios (em mg.100 g-1 de arroz) e desvios-padrão obtidos para Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P e Zn foram, respectivamente, 4,31 ± 0,44; 0,22 ± 0,10; 0,32 ± 0,08; 58,0 ± 15,0; 26,1 ± 5,7; 1,06 ± 0,26; 1,78 ± 0,55; 92,1 ± 15,2; 1,24 ± 0,18. Comparando-se estes teores com informações de 7 tabelas de composição de alimentos, observaram-se discrepâncias principalmente para Ca, Fe, Na e K. Os resultados foram ainda usados para estimar a contribuição do consumo de arroz na Ingestão Diária Recomendada (IDR) de Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, P e Zn. Verificou-se que o arroz pode contribuir significativamente, principalmente nas recomendações das IDRs do Mn, do Cu e do Zn, especialmente se for considerado o consumo médio diário per capita de arroz no Brasil.