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Type: TESE
Title: Metodologia fototérmica aplicada na caracterização de materiais pastosos
Title Alternative: Photothermal methodology applied in the characterization of pasty materials
Author: Albuquerque, Marcos Lázaro de Souza
Advisor: Silva, Edson Corrêa da, 1947-
Abstract: Resumo: Neste trabalho desenvolveu-se um experimento de detecção fototémica com dois sensores piroelétricos em uma célula capacitiva que permite a realização de medidas térmicas e elétricas em materiais pastosos em função da temperatura.A célula idealizada para medidas elétricas e térmicas é um capacitor plano de placas paralelas capaz de obter das amostras investigadas os parâmetros de efusividade térmica, difusividade térmica,condutividade térmica e constante dielétrica relativa,simultaneamente,além de detectar transições,em especial fusão.A célula capacitiva fotopiroelétrica é composta por dois sensores piroelétricos entre os quais a amostra é posicionada.Um elemento Peltier associado a um termistor é utilizado para o controle de temperatura.Incide sobre a célula um feixe de radiação eletromagnética oriunda de uma fonte Laser Ar + (514,5 nm ).A radiação modulada atinge diretamente um dos sensores que é opaco e que está em contato térmico com a amostra.O calor gerado no primeiro sensor se propaga, então,pelo sistema amostra-segundo sensor gerando sinais nos dois sensores que são amplificados em amplitude e fase por dois amplificadores seletivos.Ao mesmo tempo,os sinais elétricos da célula capacitiva são registrados por uma ponte RCL operando em 2 kHz.A aquisição de dados dos sinais térmicos é procedida em programa escrito em ambiente LabView para varredura de freqüência de 0 a 100 Hz.Preliminarmente,medidas foram realizadas com margarina e mostraram o potencial da metodologia na verificação do comportamento térmico e elétrico de materiais pastosos.Foi investigado um conjunto de oito amostras constituídas por pares de componentes em proporções e métodos de sínteses diferentes de três tipos de óleos vegetais:algodão,palma e soja.Para a obtenção da constante dielétrica relativa da amostra,o valor da capacitância da mesma foi normalizado pelo valor de capacitância da célula vazia (dielétrico o ar).Modelos para a interpretação dos dados experimentais das medidas térmicas e elétricas foram desenvolvidos.Os gráficos dos sinais de amplitude e fase térmicas detectados pelos sensores foram plotados em função da freqüência de modulação e ajustados pelas equações teóricas dos sensores para a obtenção dos parâmetros térmicos.Foram obtidos valores dos parâmetros efusividade térmica, difusividade térmica,condutividade térmica e constante dielétrica relativa das oito amostras investigadas, além da identificação da região do ponto de fusão das mesmas.Os resultados mostraram que a célula desenvolvida neste trabalho para a aplicação em materiais pastosos pode identificar a região do ponto de fusão,obter os parâmetros térmicos e a constante dielétrica relativa das amostras investigadas.

Abstract: This work consists in the development of an experimental apparatus of photopyroelectric detection using two pyroelectric sensors in a capacitive cell which allows the accomplishment of electrical and thermal measurements of pasty materials as a function of the temperature.The idealized cell for electrical and thermal measurements is based in a parallel plane-plate capacitor whose metallic plates are the internal surfaces of the pyroelectric sensors.The system is capable to obtain thermal parameters like effusivity, diffusivity and conductivity,and electric parameters like the dielectric constant for the investigated samples.The identification of the melt point region from either the thermal measurements of the photopyroelectric signal amplitude and phase or the electrical measurements is possible as well.The capacitive photopyroelectric cell is composed by two pyroelectric sensors.An insulator support is used to accommodate the samples which are placed between the sensors.An aluminum piece hold all parts of the cell;one Peltier element is associated with a termistor to control the temperature.An eletromagnetic radiation beam from a Ar + laser incides on the cell and is modulated by an acoustic-optic modulator.The modulated radiation reaches one of the sensors which is opaque and in contact with the sample.Two L ck-in amplifiers amplify the signals originated in each sensor due to the propagation of heat while the electrical signals are registered by an automatic RCL bridge operating at 2 kHz.For data acquisition a Labview language computer software was used allowing to frequency scanning from 0 to 100 Hz. Preliminary experiments were carried out with margarine and showed the methodology pontential in the verification of the thermal and electrical behavior of pasty materials.It was investigated a set of eight samples formed by different compositions of three vegetable oils:cotton,palm and soy in different proportions and within two synthesis methods (basic mixture of intersterification).The sample capacitance was normalized by the empty cell to obtain the relative dielectric constant of the sample.The models for the thermal and electrical data interpretation were developed.For the thermal case simulations were proceeded for a basic oil in order to verify the model.The graphs for thermal amplitude and phase from both sensors were plotted as a function of modulation frequency from which the thermal properties were obtained by fitting the model equations.The values of thermal effusivity,thermal diffusivity, thermal conductivity and relative dielectric constant were obtained for the samples and the transition melting region as well.The results have shown that the cell here developed is very suitable for the determination of thermal and electrical properties of pasty samples and the determination of transition as well.
Subject: Efusividade térmica
Difusividade térmica
Condutividade térmica
Constante dielétrica relativa
Materiais pastosos
Metodologia fotopiroelétrica
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2008
Appears in Collections:IFGW - Dissertação e Tese

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