Sí puedes, pero tendrás que mostrar el pasaporte brasileño a la aerolínea cuando factures para volar a Estados Unidos. Puedes mostrar ambos pasaportes a la aerolínea. Ellos enviarán tu información brasileña a Estados Unidos. También es posible que la envíen al Reino Unido, lo que no supone ningún problema.
De hecho, no es necesario mostrar el pasaporte británico hasta que facture para su vuelo de regreso al Reino Unido, a menos que alguien le pregunte sobre su derecho a estar en el Reino Unido.
Lo único que debe preocupar, en realidad, es que podría haber problemas si el Reino Unido recibe tu información brasileña cuando vuelas fuera del Reino Unido. Si eso ocurre, es de suponer que no podrán cotejar el registro de salida con el de entrada de tu pasaporte brasileño. Por eso es conveniente que muestres ambos pasaportes al facturar.
Pero no sé si las compañías aéreas son capaces de enviar detalles de documentos diferentes al Reino Unido y a los Estados Unidos para un vuelo del Reino Unido a los Estados Unidos. Incluso si están de acuerdo, el agente de facturación podría enviar accidentalmente la información brasileña al Reino Unido, por lo que podría dar igual que hayas mostrado tu pasaporte británico.
Al final, si envían tu información brasileña al Reino Unido, no saldrá nada malo de ello. No estás haciendo nada malo. El Reino Unido no persigue a la gente cuando tiene registros de salida no coincidentes y, aunque lo hicieran y te encontraran, simplemente explicarías que tienes doble nacionalidad y que te registraste con tu pasaporte brasileño porque necesitabas usarlo en tu destino.