ENGENHARIA CNPEM

Desenvolvimento tecnológico posto à prova

O desenvolvimento de novas tecnologias de produção de equipamentos, peças e a maestria na manipulação de materiais em suas mais diversas escalas fazem parte da expertise do CNPEM.

 

Formando parcerias com indústrias nacionais e internacionais e investindo em sua equipe interna, durante sua história o CNPEM desenvolveu capacidade para projetar e produzir instrumentos científicos, competência associada ao conhecimento acumulado desde a construção da primeira fonte de luz síncrotron no Brasil. Hoje, por exemplo, o Centro opera uma das mais avançadas infraestruturas de vácuo do País, com capacidade de fabricação de câmaras em diferentes materiais (aço inox, cobre, alumínio e cerâmica) e desenvolveu técnicas complexas de soldagem para aplicações que exigem pressões tipicamente encontradas no espaço (abaixo de 10-11mBar) e que são  fundamentais para operação de síncrotron, fabricação de magnetos supercondutores e sistemas criogênicos. Na área de eletrônica digital, o CNPEM projeta e desenvolve diferentes componentes de operação em sistemas complexos de diagnóstico e controle, máquinas de precisão, compostas por sistemas mecatrônicos avançados, que visam adequar a aplicação das diferentes técnicas de pesquisa disponíveis aos inúmeros tipos de amostras e condições exigidas nos experimentos. Na temática de catálise e energia, destaca-se o desenvolvimento de um simulador de reator catalítico com fluxo controlado de reagentes. Os destaques acima são apenas alguns casos ilustrativos dos esforços do CNPEM para o desenvolvimento de ferramentas e instrumentação científica relacionadas a operação de grandes e complexas infraestruturas de pesquisa. Em suma, a concepção, desenvolvimento e operação de infraestruturas e equipamentos complexos é um indicativo da capacidade tecnológica de um país. Dessa forma, a atuação do CNPEM nesta área tem contribuído para que o Brasil não seja apenas um importador de equipamentos, mas que também acumule competências técnicas desenvolvendo tecnologias com potencial de exportação. Este é um marco significativo para o País e parte da missão dos polos de tecnologia.

PARCERIAS

Acordo entre PITEC e CNPEM avança no desenvolvimento de tecnologia nacional de ponta

ENTENDIMENTO ESTABELECE CONDIÇÕES GERAIS PARA A COOPERAÇÃO EM PESQUISA E DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO EM DETECTORES DE RAIOS X, ENGENHARIA DE ACELERADORES E LINHAS DE LUZ

A Pi Tecnologia (PITEC), empresa dedicada ao desenvolvimento de sistemas de comunicação e de imagem com sistemas eletrônicos de última geração, e o CNPEM firmaram em 2020 um acordo de cooperação técnica para a execução de projetos de pesquisa aplicada e desenvolvimento tecnológico, envolvendo a transferência de know-how e tecnologias. O acordo estabelece condições gerais para desenvolvimento conjunto de novos produtos, fornecimento de novos componentes para o Sirius, e para a transferência de tecnologia entre as partes, visando criar condições para o desenvolvimento de aplicações de impacto que vão além do que existe hoje nas duas instituições. Um dos componentes mais importantes das linhas de luz, os detectores funcionam como câmeras digitais especialmente desenvolvidas para a detecção da luz síncrotron. Eles são responsáveis por captar os sinais resultantes da interação entre a luz síncrotron e a amostra e, com ajuda de supercomputadores, transformá-los em informações quantificáveis que possam ser usadas pelos pesquisadores em suas análises. “Eu acredito que a grande beleza de se relacionar com uma instituição como o CNPEM é a multidisciplinaridade. Você acaba aplicando seus conhecimentos em áreas que você nem imaginava que seriam possíveis. O conhecimento que nós encontramos no CNPEM e no Sirius, aliado à capacidade de engenharia e de construção que nós temos aqui, formou o ambiente ideal para que a gente conseguisse resolver problemas de alta complexidade” afirma Júlio César, CEO da PITEC.

“Ao transferir tecnologias desenvolvidas no CNPEM para uma empresa nacional como a PITEC, ganhamos um parceiro capaz de produzir em maior escala dispositivos adaptados aos elevados padrões que precisamos nos aceleradores e nas linhas de luz. Com isso poderemos nos concentrar nos aspectos de maior competitividade do Sirius, como desenvolver novas estações experimentais, novos métodos de aquisição e processamento de dados e diversas outras frentes inovadoras mundialmente”, explica Lucas Sanfelici, chefe de divisão de engenharia das linhas de luz.

A PITEC atuou em conjunto com a equipe do CNPEM no desenvolvimento do PIMEGA, um detector de raios X de grande área, com alta contagem de frames e com transferência de dados de alta capacidade, para utilização nas estações experimentais do Sirius.
A PITEC atuou em conjunto com a equipe do CNPEM no desenvolvimento do PIMEGA, um detector de raios X de grande área, com alta contagem de frames e com transferência de dados de alta capacidade, para utilização nas estações experimentais do Sirius.

GRAÇAS AO ENVOLVIMENTO DAS EMPRESAS BRASILEIRAS, FOI ALCANÇADO UM ÍNDICE DE 85% DE NACIONALIZAÇÃO DO PROJETO

OUTRAS PARCERIAS TECNOLÓGICAS

O Sirius teve entre seus objetivos estimular o desenvolvimento da indústria brasileira, por meio da indução de demandas de serviços, matérias-primas e equipamentos. Graças ao envolvimento das empresas brasileiras, foi alcançado um índice de nacionalização do projeto – ou seja, dos recursos investidos dentro do País – de cerca de 85%. Somados, os diferentes tipos de parceria envolvem um universo de mais de trezentas empresas brasileiras, de pequeno, médio e grande portes – sem contar aquelas envolvidas em demandas para as obras civis, que foram gerenciadas pela construtora Racional Engenharia. Em meio a este universo, mais de quarenta empresas trabalharam em desenvolvimentos tecnológicos especialmente para o Projeto Sirius. Além da PITEC, as empresas WEG, FCA e Termomecânica são algumas das parceiras envolvidas no Projeto Sirius.

TECNOLOGIAS QUÂNTICAS
O Nióbio é um metal que possui alta condutividade térmica e elétrica, maleabilidade, ductilidade e alta resistência à corrosão, ao calor e ao desgaste. Por essas características é utilizado em diversas ligas metálicas para aprimorar as propriedades de diferentes materiais.

CBMM e CNPEM buscam acelerar desenvolvimento de tecnologias em supercondutividade

PARCERIA VISA FOMENTAR PESQUISAS E DESENVOLVIMENTOS
TECNOLÓGICOS RELACIONADOS A MATERIAIS SUPERCONDUTORES
COM NIÓBIO

PARCERIA VISA FOMENTAR PESQUISAS E DESENVOLVIMENTOS TECNOLÓGICOS RELACIONADOS A MATERIAIS SUPERCONDUTORES COM NIÓBIO

Em 2021, a CBMM, líder mundial na produção e comercialização de produtos de nióbio, e o CNPEM firmaram acordo de cooperação em pesquisa e desenvolvimento tecnológico e científico na área de materiais supercondutores com aplicação de nióbio. “O objetivo deste acordo de cooperação é fazer ciência, desenvolver tecnologias e aplicá-las em todas as escalas, agregando valor a novos produtos de interesse da sociedade.”, comenta James Citadini, Gerente de Engenharia e Tecnologia do CNPEM. “A CBMM atua para diversificar o mercado global de Nióbio, e para isso investe cerca de R$200 milhões de reais por ano em seu Programa de Tecnologia, sendo o segmento de supercondutores um dos mais inovadores. Entendemos que não há alternativa para a produção desses materiais em grande escala que não passe pela utilização do Nióbio”, destaca Rodolfo Morgado, gerente do segmento de Produtos Especiais da CBMM. Este acordo visa propiciar o projeto, desenvolvimento e aplicações da supercondutividade como elemento-chave do desempenho de equipamentos nas mais variadas áreas, incluindo médica, energia, física de partículas, elétrica e eletrônica, e defesa, gerando componentes de alto valor agregado.

 

O NIÓBIO

 

Este elemento pode ser aplicado na estrutura de edifícios e pontes, em veículos, turbinas de avião, foguetes e sondas espaciais, além de tubulações de gás e baterias elétricas. Além disso, é essencial para o desenvolvimento de materiais supercondutores. A supercondutividade é a propriedade que permite a certos materiais conduzirem corrente elétrica sem resistência e, portanto, sem perda de energia. Os supercondutores já são utilizados em aplicações que visam transmissão de energia e motores elétricos muito mais eficientes, máquinas de ressonância magnética e outros equipamentos de diagnóstico médico de alto desempenho, além da confecção de equipamentos para pesquisas científicas, como em magnetos para aceleradores de partículas. No entanto, uma grande limitação para o uso de materiais supercondutores em larga escala é a necessidade de serem mantidos a temperaturas baixíssimas, próximas do zero absoluto (-273.15°C), exigindo sua associação a grandes infraestruturas de resfriamento. Sendo assim, há uma constante busca por materiais supercondutores que operem a temperaturas cada vez mais próximas da temperatura ambiente, o que viabilizaria uma verdadeira revolução tecnológica. E é aqui que ligas de nióbio-titânio fazem a diferença, desempenhando papel vital para a operação desses equipamentos.

A SUPERCONDUTIVIDADE É A PROPRIEDADE QUE PERMITE A CERTOS MATERIAIS CONDUZIREM CORRENTE ELÉTRICA SEM RESISTÊNCIA E, PORTANTO, SEM PERDA DE ENERGIA.

EMA

 

Uma das novas estações experimentais abertas no Sirius, denominada Ema, é um dos recursos mais avançados para experimentos que buscam soluções para tecnologias que envolvem a supercondutividade. A estação de pesquisa foi projetada para estudar materiais submetidos a temperaturas extremamente altas, mais de 8000°C, ou extremamente baixas, próximas do zero absoluto; ou também a pressões extremamente altas, equivalentes ao dobro da pressão no centro da Terra. Quando a matéria é submetida a essas condições extremas, ela pode apresentar novas propriedades físicas e químicas, passando, por exemplo, de condutor para isolante, de magnético para não magnético, e vice-versa, ou mesmo apresentar características que não existem em condições normais como é o caso dos materiais supercondutores. Tais condições só podem ser desvendadas por um feixe de raios X de alto brilho, como o produzido pelo Sirius, a partir da combinação de diversas técnicas, como difração, espectroscopia de absorção e espalhamento inelástico de raios X. Nessa linha será possível responder perguntas sobre a estrutura atômica dos materiais e como elas mudam de acordo com as condições de baixíssima temperatura ou altíssima pressão necessárias durante o processo de manufatura de um material supercondutor. “Na linha EMA buscamos entender microscopicamente o efeito de supercondutividade e observá-lo à temperatura ambiente. Esta compreensão poderia afetar todas as aplicações tecnológicas em nossa sociedade”, destaca Narcizo de Souza Neto, Chefe da Divisão de Matéria Condensada e Ciência dos Materiais do LNLS.

Synchrotron

CNPEM e CERN firmam acordo de colaboração

IMPULSIONADO PELAS SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS DESENVOLVIDAS NO BRASIL PARA O PROJETO SIRIUS, NOVO ENTENDIMENTO ESTABELECE PARÂMETROS PARA PARCERIA AMPLA EM PESQUISAS DE INTERESSE MÚTUO, COMO AS DE MATERIAIS SUPERCONDUTORES.

A Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN), um dos laboratórios líderes mundiais em física de partículas, responsável pela operação do Grande Colisor de Hádrons (LHC), o maior colisor de partículas do planeta, e CNPEM firmaram dia 4 de dezembro de 2020 um amplo acordo de colaboração científica e tecnológica. O acordo estabeleceu condições legais para colaboração em pesquisas e compartilhamento de recursos em qualquer área de interesse mútuo, em especial nas tecnologias aplicadas à física de aceleradores, ímãs e materiais supercondutores. Estes conhecimentos são de enorme valor para o desenvolvimento de novas tecnologias, tanto no campo da ciência quanto em diversos setores da indústria. “A parceria do CNPEM com o CERN permite o desenvolvimento de projetos conjuntos em diversas áreas, em especial a de supercondutividade. Como todo projeto de alta tecnologia, haverá um grande envolvimento da indústria nacional que se beneficiará em áreas como desenvolvimento e construção de criostatos, desenvolvimento e fabricação de fios supercondutores e materiais para operação em condições extremas, fabricação de bobinas, desenvolvimento de eletrônicas rápidas de potência e diagnóstico, entre outros”, comenta James Citadini, Gerente de Engenharia e Tecnologia do CNPEM. O CERN trabalha em estudos de viabilidade para um Futuro Colisor Circular (FCC), uma infraestrutura quatro vezes maior, com cerca de 100 quilômetros de extensão, voltada a pesquisas sobre constituintes fundamentais da matéria. Projeto que demanda recursos humanos e fornecimento de materiais certificados sob os mais elevados padrões tecnológicos. “Estou muito satisfeito em assinar este acordo de colaboração”, disse Frédérick Bordry, Diretor de Aceleradores e Tecnologia do CERN. “Por 30 anos, o Brasil tem sido um forte parceiro nas atividades científicas do CERN. A assinatura deste novo acordo aumentará nossa colaboração em pesquisa científica, treinamento, inovação e no compartilhamento de conhecimento na área de tecnologia de aceleradores. O CNPEM e o Brasil têm muitas competências e talentos comprovados nesta área e estou convencido de que isso trará muitos benefícios mútuos, além de motivar também os parceiros industriais.”

“A ASSINATURA DESTE NOVO ACORDO AUMENTARÁ NOSSO COMPARTILHAMENTO DE CONHECIMENTO NA ÁREA DE TECNOLOGIA DE ACELERADORES”, disse Frédérick Bordry, Diretor de Aceleradores e Tecnologia do CERN.

ACELERADORES DE PARTÍCULAS
Foto de uma pequena parte do LHC, CERN (Pexels / Pietro Battistoni) mostra como as dimensões dos equipamentos são diferentes, já que aceleram prótons, maiores e mais pesados que elétrons.
Foto de uma pequena parte do LHC, CERN (Pexels / Pietro Battistoni) mostra como as dimensões dos equipamentos são diferentes, já que aceleram prótons, maiores e mais pesados que elétrons.

Quais as diferenças entre o Sirius e o LHC, do Cern?

NO CERN, FEIXES DE PRÓTONS SÃO ACELERADOS EM DIREÇÕES OPOSTAS PARA QUE SE CHOQUEM ENTRE SI.

Os aceleradores de partículas Sirius, do CNPEM, e o LHC, do CERN, possuem algumas semelhanças, mas são bastante diferentes. Em ambos os tipos de aceleradores, partículas são conduzidas dentro de câmaras metálicas ao longo de uma trajetória circular, e têm seu percurso guiado por ímãs. Assim, alguns dos componentes que compõem esses aceleradores se assemelham, e é por isso que um acordo entre as instituições que abrigam cada uma dessas infraestruturas abre oportunidades tecnológicas para ambas. No entanto, os objetivos científicos de cada uma dessas infraestruturas são distintos. No LHC, feixes de prótons são acelerados em direções opostas para que se choquem entre si. Os pesquisadores detectam e analisam essas colisões para estudar a matéria em uma escala subatômica e investigar a estrutura mais fundamental do universo. Já em uma fonte de luz síncrotron como o Sirius, elétrons são acelerados em uma única direção, sem colidir uns com os outros. Os elétrons devem circular de maneira estável por longos períodos de tempo. Este feixe de elétrons produz um tipo de luz especial, chamado de luz síncrotron. Essa luz é então usada pelos pesquisadores para estudar diversos materiais, na escala das suas moléculas e átomos.