Exploring the potential of cassava in promoting agricultural growth in Nigeria

Cassava is one of the major food crops in Nigeria, with multiple uses from human consumption to industrial applications. This study explores the potential of cassava in Nigerian agriculture based on a review of cassava development policies; performs a trend analysis of the cultivation area, production, productivity, and real price of cassava and other competing crops for the period 1961–2013; identifies the sources of growth in production; and examines the production constraints at the local level based on a survey of 315 farmers/processors and 105 marketers from Delta State. The results revealed that several policies and programmes were implemented to develop the cassava sector with mixed outcomes. Although cassava productivity grew at 1.5% per annum (p.a.) during the post-structural adjustment programme period (1993–2013), its real price declined at a rate of 3.5% p.a. The effect of yield is the main source of growth in production, contributing 76.4% of the total growth followed by the area effect (28.2%). The cassava sector is constrained by inadequate market infrastructure, processing facilities, and lack of information and unstable prices at the local level. The widespread diffusion of improved tropical manioc selection technologies and investments in market and marketing infrastructure, processing technologies, irrigation/water provision and information dissemination are recommended to enhance the potential of the cassava sector to support agricultural growth in Nigeria.

Microwave Plasma Assisted ALD Development for the Deposition of Gate Oxides & ALD of High-k Dielectrics

The semiconductor industry's urge towards faster, smaller and cheaper integrated circuits has lead the industry to smaller node devices. The integrated circuits that are now under volume production belong to 22 nm and 14 nm technology nodes. In 2007 the 45 nm technology came with the revolutionary high- /metal gate structure. 22 nm technology utilizes fully depleted tri-gate transistor structure. The 14 nm technology is a continuation of the 22 nm technology. Intel is using second generation tri-gate technology in 14 nm devices. After 14 nm, the semiconductor industry is expected to continue the scaling with 10 nm devices followed by 7 nm. Recently, IBM has announced successful production of 7 nm node test chips. This is the fashion how nanoelectronics industry is proceeding with its scaling trend. For the present node of technologies selective deposition and selective removal of the materials are required. Atomic layer deposition and the atomic layer etching are the respective techniques used for selective deposition and selective removal. Atomic layer deposition still remains as a futuristic manufacturing approach that deposits materials and lms in exact places. In addition to the nano/microelectronics industry, ALD is also widening its application areas and acceptance. The usage of ALD equipments in industry exhibits a diversi cation trend. With this trend, large area, batch processing, particle ALD and plasma enhanced like ALD equipments are becoming prominent in industrial applications. In this work, the development of an atomic layer deposition tool with microwave plasma capability is described, which is a ordable even for lightly funded research labs.

Effect of boiling on deposition of metallic colloids

In this study the relationship between heterogeneous nucleate boiling surfaces and deposition of suspended metallic colloidal particles, popularly known as crud or corrosion products in process industries, on those heterogeneous sites is investigated. Various researchers have reported that hematite is a major constituent of crud which makes it the primary material of interest; however the models developed in this work are irrespective of material choice. Qualitative hypotheses on the deposition process under boiling as proposed by previous researchers have been tested, which fail to provide explanations for several physical mechanisms observed and analyzed. In this study a quantitative model of deposition rate has been developed on the basis of bubble dynamics and colloid-surface interaction potential. Boiling from a heating surface aids in aggregation of the metallic particulates viz. nano-particles, crud particulate, etc. suspended in a liquid, which helps in transporting them to heating surfaces. Consequently, clusters of particles deposit onto the heating surfaces due to various interactive forces, resulting in formation of porous or impervious layers. The deposit layer grows or recedes depending upon variations in interparticle and surface forces, fluid shear, fluid chemistry, etc. This deposit layer in turn affects the rate of bubble generation, formation of porous chimneys, critical heat flux (CHF) of surfaces, activation and deactivation of nucleation sites on the heating surfaces. Several problems are posed due to the effect of boiling on colloidal deposition, which range from research initiatives involving nano-fluids as a heat transfer medium to industrial applications such as light water nuclear reactors. In this study, it is attempted to integrate colloid and surface science with vapor bubble dynamics, boiling heat transfer and evaporation rate. Pool boiling experiments with dilute metallic colloids have been conducted to investigate several parameters impacting the system. The experimental data available in the literature is obtained by flow experiments, which do not help in correlating boiling mechanism with the deposition amount or structure. With the help of experimental evidences and analysis, previously proposed hypothesis for particle transport to the contact line due to hydrophobicity has been challenged. The experimental observations suggest that deposition occurs around the bubble surface contact line and extends underneath area of the bubble microlayer as well. During the evaporation the concentration gradient of a non-volatile species is created, which induces osmotic pressure. The osmotic pressure developed inside the microlayer draws more particles inside the microlayer region or towards contact line. The colloidal escape time is slower than the evaporation time, which leads to the aggregation of particles in the evaporating micro-layer. These aggregated particles deposit onto or are removed from the heating surface, depending upon their total interaction potential. Interaction potential has been computed with the help of surface charge and van der Waals potential for the materials in aqueous solutions. Based upon the interaction-force boundary layer thickness, which is governed by debye radius (or ionic concentration and pH), a simplified quantitative model for the attachment kinetics is proposed. This attachment kinetics model gives reasonable results in predicting attachment rate against data reported by previous researchers. The attachment kinetics study has been done for different pH levels and particle sizes for hematite particles. Quantification of colloidal transport under boiling scenarios is done with the help of overall average evaporation rates because generally waiting times for bubbles at the same position is much larger than growth times. In other words, from a larger measurable scale perspective, frequency of bubbles dictates the rate of collection of particles rather than evaporation rate during micro-layer evaporation of one bubble. The combination of attachment kinetics and colloidal transport kinetics has been used to make a consolidated model for prediction of the amount of deposition and is validated with the help of high fidelity experimental data. In an attempt to understand and explain boiling characteristics, high speed visualization of bubble dynamics from a single artificial large cavity and multiple naturally occurring cavities is conducted. A bubble growth and departure dynamics model is developed for artificial active sites and is validated with the experimental data. The variation of bubble departure diameter with wall temperature is analyzed with experimental results and shows coherence with earlier studies. However, deposit traces after boiling experiments show that bubble contact diameter is essential to predict bubble departure dynamics, which has been ignored previously by various researchers. The relationship between porosity of colloid deposits and bubbles under the influence of Jakob number, sub-cooling and particle size has been developed. This also can be further utilized in variational wettability of the surface. Designing porous surfaces can having vast range of applications varying from high wettability, such as high critical heat flux boilers, to low wettability, such as efficient condensers.

Nanostructured catalysts for the development of the hydrogen economy

La catalyse joue un rôle essentiel dans de nombreuses applications industrielles telles que les industries pétrochimique et biochimique, ainsi que dans la production de polymères et pour la protection de l’environnement. La conception et la fabrication de catalyseurs efficaces et rentables est une étape importante pour résoudre un certain nombre de problèmes des nouvelles technologies de conversion chimique et de stockage de l’énergie. L’objectif de cette thèse est le développement de voies de synthèse efficaces et simples pour fabriquer des catalyseurs performants à base de métaux non nobles et d’examiner les aspects fondamentaux concernant la relation entre structure/composition et performance catalytique, notamment dans des processus liés à la production et au stockage de l’hydrogène. Dans un premier temps, une série d’oxydes métalliques mixtes (Cu/CeO2, CuFe/CeO2, CuCo/CeO2, CuFe2O4, NiFe2O4) nanostructurés et poreux ont été synthétisés grâce à une méthode améliorée de nanocasting. Les matériaux Cu/CeO2 obtenus, dont la composition et la structure poreuse peuvent être contrôlées, ont ensuite été testés pour l’oxydation préférentielle du CO dans un flux d’hydrogène dans le but d’obtenir un combustible hydrogène de haute pureté. Les catalyseurs synthétisés présentent une activité et une sélectivité élevées lors de l’oxydation sélective du CO en CO2. Concernant la question du stockage d’hydrogène, une voie de synthèse a été trouvée pour le composét mixte CuO-NiO, démontrant une excellente performance catalytique comparable aux catalyseurs à base de métaux nobles pour la production d’hydrogène à partir de l’ammoniaborane (aussi appelé borazane). L’activité catalytique du catalyseur étudié dans cette réaction est fortement influencée par la nature des précurseurs métalliques, la composition et la température de traitement thermique utilisées pour la préparation du catalyseur. Enfin, des catalyseurs de Cu-Ni supportés sur silice colloïdale ou sur des particules de carbone, ayant une composition et une taille variable, ont été synthétisés par un simple procédé d’imprégnation. Les catalyseurs supportés sur carbone sont stables et très actifs à la fois dans l’hydrolyse du borazane et la décomposition de l’hydrazine aqueuse pour la production d’hydrogène. Il a été démontré qu’un catalyseur optimal peut être obtenu par le contrôle de l’effet bi-métallique, l’interaction métal-support, et la taille des particules de métal.

Otimização da produção biotecnológica de lipases e correlação com a produção de biossurfactantes

As lipases e os biossurfactantes são compostos produzidos por microrganismos através de fermentações em estado sólido (FES) ou sumberso (FSm), os quais são aplicáveis nas indústrias alimentícia e farmacêutica, na bioenergia e na biorremediação, entre outras. O objetivo geral deste trabalho foi otimizar a produção de lipases através de fermentação em estado sólido e fermentação submersa. Os fungos foram selecionados quanto à habilidade de produção de lipases através de FES e FSm e aqueles que apresentaram as maiores atividades lipolíticas foram utilizados na seleção de variáveis significativas e na otimização da produção de lipases nos dois modos de cultivo. Foram empregadas técnicas seqüenciais de planejamento experimental, incluindo planejamentos fracionários, completos e a metodologia de superfície de resposta para a otimização da produção de lipases. As variáveis estudadas na FES foram o pH, o tipo de farelo como fonte de carbono, a fonte de nitrogênio, o indutor, a concentração da fonte de nitrogênio, a concentração do indutor e a cepa do fungo. Na FSm, além das variáveis estudadas na FES, estudaram-se as variáveis concentração inicial de inóculo e agitação. As enzimas produzidas foram caracterizadas quanto à temperatura e pH ótimos e quanto à estabilidade a temperatura e pH. Nas condições otimizadas de produção de lipases, foi avaliada a correlação entre a produção de lipases e bioemulsificantes. Inicialmente foram isolados 28 fungos. Os fungos Aspergillus O- 4 e Aspergillus E-6 foram selecionados como bons produtores de lipases no processo de fermentação em estado sólido e os fungos Penicillium E-3, Trichoderma E-19 e Aspergillus O-8 como bons produtores de lipases através da fermentação submersa. As condições otimizadas para a produção de lipases através de fermentação em estado sólido foram obtidas utilizando-se o fungo Aspergillus O-4, farelo de soja, 2% de nitrato de sódio, 2% de azeite de oliva e pHs inferiores a 5, obtendo-se atividades lipolíticas máximas de 57 U. As condições otimizadas para a produção de lipases na fermentação submersa foram obtidas utilizando-se o fungo Aspergillus O-8, farelo de trigo, 4,5% de extrato de levedura, 2% de óleo de soja e pH 7,15. A máxima atividade obtida durante a etapa de otimização foi 6 U. As lipases obtidas por FES apresentaram atividades máximas a 35ºC e pH 6,0, enquanto que as obtidas por FSm apresentaram ótimos a 37ºC e pH 7,2. A estabilidade térmica das lipases produzidas via FSm foi superior a das lipases obtidas via FES, com atividades residuais de 72% e 26,8% após 1h de exposição a 90ºC e 60ºC, respectivamente. As lipases obtidas via FES foram mais estáveis em pH´s alcalinos, com atividades residuais superiores a 60% após 24 h de exposição, enquanto as lipases produzidas via FSm foram mais estáveis em pH´s ácidos, com 80% de atividade residual na faixa de pH entre 3,5 e 6,5. Na fermentação submersa a correlação entre a produção de lipases e a atividade emulsificante óleo em água (O/A) e água em óleo (A/O) dos extratos foi 95,4% e 86,8%, respectivamente, obtendo-se atividades emulsificantes máximas O/A e A/O de 2,95 UE e 42,7 UE. Embora a maior produção de lipases tenha sido obtida na fermentação em estado sólido, não houve produção concomitante de biossurfactantes. Os extratos da fermentação submersa apresentaram redução da tensão superficial de 50 mN m -1 para 28 mN m -1 e atividade antimicrobiana frente ao microrganismo S. aureus ATCC 25923, com potenciais antimicrobianos de 36 a 43% nos três primeiros dias de fermentação. A fermentação submersa foi a técnica que apresentou os melhores resultados de otimização da produção de lipases, bem como de produção simultânea de biossurfactantes.

CONCURRENT LOCALIZATION AND MAPPING WITH SONAR SENSORS AND CONSIDERATION OF VEHICLE MOTION

Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) is a procedure used to determine the location of a mobile vehicle in an unknown environment, while constructing a map of the unknown environment at the same time. Mobile platforms, which make use of SLAM algorithms, have industrial applications in autonomous maintenance, such as the inspection of flaws and defects in oil pipelines and storage tanks. A typical SLAM consists of four main components, namely, experimental setup (data gathering), vehicle pose estimation, feature extraction, and filtering. Feature extraction is the process of realizing significant features from the unknown environment such as corners, edges, walls, and interior features. In this work, an original feature extraction algorithm specific to distance measurements obtained through SONAR sensor data is presented. This algorithm has been constructed by combining the SONAR Salient Feature Extraction Algorithm and the Triangulation Hough Based Fusion with point-in-polygon detection. The reconstructed maps obtained through simulations and experimental data with the fusion algorithm are compared to the maps obtained with existing feature extraction algorithms. Based on the results obtained, it is suggested that the proposed algorithm can be employed as an option for data obtained from SONAR sensors in environment, where other forms of sensing are not viable. The algorithm fusion for feature extraction requires the vehicle pose estimation as an input, which is obtained from a vehicle pose estimation model. For the vehicle pose estimation, the author uses sensor integration to estimate the pose of the mobile vehicle. Different combinations of these sensors are studied (e.g., encoder, gyroscope, or encoder and gyroscope). The different sensor fusion techniques for the pose estimation are experimentally studied and compared. The vehicle pose estimation model, which produces the least amount of error, is used to generate inputs for the feature extraction algorithm fusion. In the experimental studies, two different environmental configurations are used, one without interior features and another one with two interior features. Numerical and experimental findings are discussed. Finally, the SLAM algorithm is implemented along with the algorithms for feature extraction and vehicle pose estimation. Three different cases are experimentally studied, with the floor of the environment intentionally altered to induce slipping. Results obtained for implementations with and without SLAM are compared and discussed. The present work represents a step towards the realization of autonomous inspection platforms for performing concurrent localization and mapping in harsh environments.

Caracterização química, atividade antioxidante e antimicrobiana do óleo essencial de Baccharis oreophila Malme

The Baccharis oreophila Malme belongs to the Asteraceae family. In Brazil are reported 120 species of Baccharis, most located in the South and Southeast regions, the latter presents the highest prevalence, especially in the state of São Paulo. Asteraceae is well known for the production of essential oils, which are liquid, volatile and aromatic substances produced by plants specialized for metabolism possess antibacterial, antifungal, and antioxidant properties. Thus, this study aimed, perform chemical and evaluate the antimicrobial and antioxidant activity of essential oil from dried leaves of B. oreophila collected in winter in Piraquara, Paraná. Obtaining essential oil was given by hydrodistillation in Clevenger apparatus, in triplicate, and the analysis was done using a gas chromatograph coupled to mass spectrometry GC / MS. The identification of the components was made based on retention indices calculated from the co-injection of a series of n-alkanes, followed by comparison of their mass spectra with literature. The antimicrobial activity was assessed by disk diffusion method and microdilution. The antioxidant activity was evaluated by the methods DPPH equivalent Trolox, ABTS and FRAP equivalent Trolox equivalent ferrous sulfate. The essential oil showed 0.47% yield. They identified 57 components (89.38%), 1.51% were classified as hydrogenated monoterpenes, oxygenated monoterpenes 15.14%, 34.84% and 37.87% hydrogenated sesquiterpenes sesquiterpenes oxygenates. As the major components were detected kusimono (16.37%), spathulenol (16.12%), the δ-cadinene (5.68%) and bicyclogermacrene (4.09%). The antimicrobial activity of essential oil was performed for the microorganisms Escherichia coli ATCC 25922, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Candida albicans ATCC 18804 and Candida tropicalis ATCC 13803, the results showed that the essential oil showed activity against S. aureus Inhibitory Concentration minimum (CIM) 1250 g/mL. In the evaluation of antioxidant activity essential oil showed antioxidant potential for the three methods evaluated, with values of 1,468 m.mol.L-1, 7.126 m.mol.L-1 and 45.515 m.mol.L-1 for ABTS, DPPH and FRAP, respectively. These results demonstrate that the essential oil of B. oreophila showed antimicrobial potential against S. aureus and interesting antioxidant activity, especially for the reducing power of iron ion, demonstrating their potential for future industrial applications. It is important to emphasize that were not observed in the literature reports highlighting such biological properties of B. oreophila oil.

Estudo experimental do escoamento bifásico líquido gás em golfadas com leve mudança de direção

Gas-liquid two-phase flow is very common in industrial applications, especially in the oil and gas, chemical, and nuclear industries. As operating conditions change such as the flow rates of the phases, the pipe diameter and physical properties of the fluids, different configurations called flow patterns take place. In the case of oil production, the most frequent pattern found is slug flow, in which continuous liquid plugs (liquid slugs) and gas-dominated regions (elongated bubbles) alternate. Offshore scenarios where the pipe lies onto the seabed with slight changes of direction are extremely common. With those scenarios and issues in mind, this work presents an experimental study of two-phase gas-liquid slug flows in a duct with a slight change of direction, represented by a horizontal section followed by a downward sloping pipe stretch. The experiments were carried out at NUEM (Núcleo de Escoamentos Multifásicos UTFPR). The flow initiated and developed under controlled conditions and their characteristic parameters were measured with resistive sensors installed at four pipe sections. Two high-speed cameras were also used. With the measured results, it was evaluated the influence of a slight direction change on the slug flow structures and on the transition between slug flow and stratified flow in the downward section.

Simulação numérica do escoamento monofásico em uma bomba centrífuga radial

Centrifugal pumps are vastly used in many industrial applications. Knowledge of how these components behave in several circumstances is crucial for the development of more efficient and, therefore, less expensive pumping installations. The combination of multiple impellers, vaned diffusers and a volute might introduce several complex flow characteristics that largely deviate from regular inviscid pump flow theory. Computational Fluid Dynamics can be very helpful to extract information about which physical phenomena are involved in such flows. In this sense, this work performs a numerical study of the flow in a two-stage centrifugal pump (Imbil ITAP 65-330/2) with a vaned diffuser and a volute. The flow in the pump is modeled using the software Ansys CFX, by means of a multi-block, transient rotor-stator technique, with structured grids for all pump parts. The simulations were performed using water and a mixture of water and glycerin as work fluids. Several viscosities were considered, in a range between 87 and 720 cP. Comparisons between experimental data obtained by Amaral (2007) and numerical head curves showed a good agreement, with an average deviation of 6.8% for water. The behavior of velocity, pressure and turbulence kinetic energy fields was evaluated for several operational conditions. In general, the results obtained by this work achieved the proposed goals and are a significant contribution to the understanding of the flow studied.

Produção de enzimas quitosanolíticas utilizando Paenibacillus ehimensis e Paenibacillus chitinolyticus para obtenção de quitoologossacarídeos

The acquisition of oligosaccharides from chitosan has been the subject of several studies in the pharmaceutical, biochemical, food and medical due to functional properties of these compounds. This study aimed to boost its production of chitooligosaccharides (COS) through the optimization of production and characterization of chitosanolytic enzymes secreted by microorganisms Paenibacillus chitinolyticus and Paenibacillus ehimensis, and evaluating the antioxidant potential of the products obtained. In the process of optimizing the production of chitosanase were employed strategies Fractional Factorial Experimental Design and Central Composite Rotatable Design. The results identified the chitosan, peptone and yeast extract as the components that influenced the production of chitosanase by these microorganisms. With the optimization of the culture media was possible to obtain an increase of approximately 8.1 times (from 0.043 to 0.35 U.mL U.mL-1) and 7.6 times (from 0.08 U.mL-1 to 0.61 U.mL-1) in the enzymatic activity of chitosanase produced by P. chitinolyticus and P. ehimensis respectively. Enzyme complexes showed high stability in temperature ranges between 30º and 55º C and pH between 5.0 and 9.0. Has seen the share of organic solvents, divalent ions and other chemical agents on the activity of these enzymes, demonstrating high stability of these crude complexes and dependence of Mn2+. The COS generated showed the ability of DPPH radical scavenging activity, reaching a maximum rate of scavenging of 61% and 39% when they were produced with enzymes of P. ehimensis and P. chitinolyticus respectively. The use of these enzymes in raw form might facilitate its use for industrial applications

Validação numérica de leis coesivas triangulares para previsão de resistência de juntas adesivas em tração e corte puros

As ligações adesivas surgiram pela necessidade de se encontrar formas de unir componentes, por vezes de materiais distintos, através de técnicas mais vantajosas. Atualmente, qualquer estrutura deve ser resistente, robusta e leve, o que amplificou o interesse industrial e investigação nas ligações adesivas, principalmente na melhoria das propriedades de resistência e fratura de materiais. Desta forma, nos últimos anos, a utilização de juntas adesivas em aplicações industriais tem aumentando gradualmente, substituindo alguns métodos de ligação tradicionais, por apresentarem vantagens, tais como redução de concentração de tensões, reduzido peso e facilidade de processamento/fabrico. Em qualquer área da indústria, a aplicação em larga escala de uma determinada técnica de ligação supõe que estão disponíveis ferramentas confiáveis para o projeto e previsão da rotura. Neste âmbito, os Modelos de Dano Coesivo (MDC) são uma ferramenta fundamental, apesar de ser necessário estimar as leis coesivas do adesivo à tração e corte para entrada nos modelos numéricos. Nesta dissertação o trabalho experimental consistiu no tratamento de dados com vista à obtenção de GIc e GIIc, com a devida comparação de diferentes métodos de redução, bem como potencialidades e limitações dos mesmos. É realizada uma comparação dos três adesivos: Araldite® AV138, Araldite® 2015 e SikaForce® 7752. Neste trabalho estudou-se também numericamente a adequação de leis coesivas triangulares na previsão no comportamento de juntas adesivas, nomeadamente nas curvas forçadeslocamento (P-) de ensaios Double-Cantilever Beam para caracterização à tração e ensaios End-Notched Flexure para caraterização ao corte. Os ensaios foram simulados numericamente pelo software ABAQUS®, recorrendo ao Método de Elementos Finitos (MEF) e um MDC triangular, com o intuito de estimar a lei coesiva de cada um dos adesivos. Para os adesivos Araldite®AV138 e Araldite®2015, à tração e ao corte, a lei triangular previu o comportamento do adesivo com alguma razoabilidade. Para a previsão da resistência do adesivo SikaForce® 7752, a lei triangular não se ajustou convenientemente nem à tração nem ao corte. Considera-se que, para este adesivo, uma lei trapezoidal é a que melhor se adequa, devido à ductilidade do mesmo.

Influência da lubrirrefrigeração na qualidade superficial de metais retificados

Na fabricação de componentes mecânicos precisos, que necessitam de alta resistência mecânica e ao desgaste, utiliza-se o processo de retificação, para conferir o acabamento final desejado e, também, para eliminar as deformações ocorridas durante a têmpera do aço. No entanto, as condições de retificação devem ser adequadas, para que não sejam introduzidas falhas na peça. Novos conceitos de lubrificação e refrigeração, para o processo de retificação, estão sendo pesquisados, de forma a diminuir os custos e os danos ambientais causados pelos fluidos de corte. Nesse trabalho, é analisada a influência das técnicas de mínima quantidade de lubrificante (MQL), refrigeração otimizada e refrigeração convencional, com diferentes vazões e velocidade de aplicação do fluido de corte, na qualidade das peças produzidas com aço ABNT 4340 endurecido, no processo de retificação cilíndrica externa de mergulho com a utilização de rebolos de CBN. O Aço ABNT 4340 apresenta várias aplicações industriais, sendo considerado de uso aeronáutico devido, sua alta resistência mecânica sem aumentar o peso dos componentes que o utilizam. A análise da qualidade das peças foi realizada com a verficação das rugosidades e com a análise de microscopias eletrônicas de varredura. Verificou-se, ainda, a força tangencial de corte. em relação às diferentes formas de aplicação do fluido de corte, notou-se o melhor desempenho da aplicação otimizada, para maiores velocidades, mostrando a eficiência do bocal utilizado. O processo otimizado e o processo MQL foram capazes de manter a integridade superficial das peças produzidas. Exceção somente para a condição MQL com vazão de fluido de corte de 40ml/h, que produziu trincas e queima superficial. Rebolos com baixa concentração de CBN, conseqüentemente mais baratos, proporcionaram bons resultados, quando associados com técnicas mais eficientes de aplicação de fluido de corte apresentando desgaste reduzido.

Aplicação do método de Elementos Finitos eXtendido (MEFX) para a previsão da resistência de juntas adesivas de sobreposição dupla

As ligações adesivas têm sido utilizadas em diversas áreas de aplicação. A utilização das juntas adesivas em aplicações industriais tem vindo a aumentar nos últimos anos, por causa das vantagens significativas que apresentam comparativamente com os métodos tradicionais de ligação tais como soldadura, ligações aparafusadas e rebitadas. A redução de peso, redução de concentrações de tensões e facilidade de fabrico são algumas das principais vantagens das ligações adesivas. Devido à crescente utilização das ligações adesivas, torna-se necessário a existência de ferramentas que permitam prever a resistência das juntas com elevada precisão. Assim, para a análise de juntas adesivas, está a ser cada vez mais utilizado o método de Elementos Finitos. Neste âmbito o Método de Elementos Finitos eXtendido (MEFX) perfila-se como um método capaz de prever o comportamento da junta, embora este ainda não esteja convenientemente estudado no que diz respeito à aplicação a juntas adesivas. Neste trabalho é apresentado um estudo experimental e numérico pelo MEFX de juntas de sobreposição dupla, nas quais são aplicados adesivos que variam desde frágeis e rígidos, como o caso do Araldite® AV138, até adesivos mais dúcteis, como o Araldite® 2015 e o Sikaforce® 7888. Foram considerados substratos de alumínio (AW6082-T651) em juntas com diferentes comprimentos de sobreposição, sendo sujeitos a esforços de tração de forma a avaliar o seu desempenho. Na análise numérica foi realizada uma análise da distribuição de tensões na camada adesiva, a previsão da resistência das juntas pelo MEFX segundo critérios de iniciação de dano baseados em tensões e deformações, e ainda um estudo sobre o critério energético de propagação de dano. A análise por MEFX revelou que este método é bastante preciso quando usados os critérios de iniciação de dano MAXS e QUADS, e parâmetro com valor de 1 no critério energético de propagação de dano. Apesar de ser um método pouco estudado na literatura comparativamente com outros, o MEFX apresentou resultados muito satisfatórios.

Análisis teórico del contacto plasma-superficie y sus aplicaciones industriales

Actualmente, la física de plasmas constituye una parte importante de la investigación en física que está siendo desarrollada. Su campo de aplicación varía desde el estudio de plasmas interestelares y cósmicos, como las estrellas, las nebulosas, el medio intergaláctico, etc.; hasta aplicaciones más terrenales como la producción de microchips o los dispositivos de iluminación. Resulta particularmente interesante el estudio del contacto de una superficie metálica con un plasma. Siendo la razón que, la dinámica de la interfase formada entre un plasma imperturbado y una superficie metálica, resulta de gran importancia cuando se trata de estudiar problemas como: la implantación iónica en una oblea de silicio, el grabado por medio de plasmas, la carga de una aeronave cuando atraviesa la ionosfera y la diagnosis de plasmas mediante sondas de Langmuir. El uso de las sondas de Langmuir está extendido a través de multitud de aplicaciones tecnológicas e industriales como método de diagnosis de plasmas. Algunas de estas aplicaciones han sido mencionadas justo en el párrafo anterior. Es más, su uso también es muy popular en la investigación en física de plasmas, por ser una de las pocas técnicas de diagnosis que proporciona información local sobre el plasma. El equipamiento donde es habitualmente implementado varía desde plasmas de laboratorio de baja temperatura hasta plasmas de fusión en dispositivos como tokamaks o stellerators. La geometría más popular de este tipo de sondas es cilíndrica, y la principal magnitud que se usa para diagnosticar el plasma es la corriente recogida por la sonda cuando se encuentra polarizada a un cierto potencial. Existe un interes especial en diagnosticar por medio de la medida de la corriente iónica recogida por la sonda, puesto que produce una perturbación muy pequeña del plasma en comparación con el uso de la corriente electrónica. Dada esta popularidad, no es de extrañar que grandes esfuerzos se hayan realizado en la consecución de un modelo teórico que explique el comportamiento de una sonda de Langmuir inmersa en un plasma. Hay que remontarse a la primera mitad del siglo XX para encontrar las primeras teorías que permiten diagnosticar parámetros del plasma mediante la medida de la corriente iónica recogida por la sonda de Langmuir. Desde entonces, las mejoras en estos modelos y el desarrollo de otros nuevos ha sido una constante en la investigación en física de plasmas. No obstante, todavía no está claro como los iones se aproximan a la superficie de la sonda. Las dos principales, a la par que opuestas, aproximaciones al problema que están ampliamente aceptadas son: la radial y la orbital; siendo el problema que ambas predicen diferentes valores para la corriente iónica. Los experimentos han arrojado resultados de acuerdo con ambas teorías, la radial y la orbital; y lo que es más importante, una transición entre ambos ha sido recientemente observada. La mayoría de los logros conseguidos a la hora de comprender como los iones caen desde el plasma hacia la superficie de la sonda, han sido llevados a cabo en el campo de la dinámica de fluidos o la teoría cinética. Por otra parte, este problema puede ser abordado mediante el uso de simulaciones de partículas. La principal ventaja de las simulaciones de partículas sobre los modelos de fluidos o cinéticos es que proporcionan mucha más información sobre los detalles microscópicos del movimiento de las partículas, además es relativamente fácil introducir interacciones complejas entre las partículas. No obstante, estas ventajas no se obtienen gratuitamente, ya que las simulaciones de partículas requieren grandísimos recursos. Por esta razón, es prácticamente obligatorio el uso de técnicas de procesamiento paralelo en este tipo de simulaciones. El vacío en el conocimiento de las sondas de Langmuir, es el que motiva nuestro trabajo. Nuestra aproximación, y el principal objetivo de este trabajo, ha sido desarrollar una simulación de partículas que nos permita estudiar el problema de una sonda de Langmuir inmersa en un plasma y que está negativamente polarizada con respecto a éste. Dicha simulación nos permitiría estudiar el comportamiento de los iones en los alrededores de una sonda cilíndrica de Langmuir, así como arrojar luz sobre la transición entre las teorías radiales y orbitales que ha sido observada experimentalmente. Justo después de esta sección introductoria, el resto de la tesis está dividido en tres partes tal y como sigue: La primera parte está dedicada a establecer los fundamentos teóricos de las sondas de Langmuir. En primer lugar, se realiza una introducción general al problema y al uso de sondas de Langmuir como método de diagnosis de plasmas. A continuación, se incluye una extensiva revisión bibliográfica sobre las diferentes teorías que proporcionan la corriente iónica recogida por una sonda. La segunda parte está dedicada a explicar los detalles de las simulaciones de partículas que han sido desarrolladas a lo largo de nuestra investigación, así como los resultados obtenidos con las mismas. Esta parte incluye una introducción sobre la teoría que subyace el tipo de simulaciones de partículas y las técnicas de paralelización que han sido usadas en nuestros códigos. El resto de esta parte está dividido en dos capítulos, cada uno de los cuales se ocupa de una de las geometrías consideradas en nuestras simulaciones (plana y cilíndrica). En esta parte discutimos también los descubrimientos realizados relativos a la transición entre el comportamiento radial y orbital de los iones en los alrededores de una sonda cilíndrica de Langmuir. Finalmente, en la tercera parte de la tesis se presenta un resumen del trabajo realizado. En este resumen, se enumeran brevemente los resultados de nuestra investigación y se han incluido algunas conclusiones. Después de esto, se enumeran una serie de perspectivas futuras y extensiones para los códigos desarrollados.