Medição de misturas de glicerol e água usando espectroscopia ultrassônica
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Data
2024-01-05
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A medição de propriedades de líquidos por ultrassom é amplamente empregada no controle de processos industriais, permitindo-se a medição de parâmetros acústicos como a velocidade de propagação e o coeficiente de atenuação em função da frequência e temperatura, beneficiando-se do caráter não-invasivo e não-destrutivo das técnicas de ultrassom. No trabalho apresentado, aplica-se a técnica chamada relativa ou de substituição para a medição dos parâmetros acústicos das amostras, sendo caracterizado pela medição de uma amostra de referência com propriedades já conhecidas para a comparação com a amostra do líquido de interesse. Um dos escopos propostos na metodologia é solucionar as limitações de banda de frequência do líquido de interesse que possui maior coeficiente de atenuação, e consequentemente menor amplitude em relação ao sinal do líquido de referência, por meio da aplicação de ganho no sinal, e principalmente uso de outras amostras de referências com maior coeficiente de atenuação, como por exemplo, o glicerol, que é vastamente utilizado em vários campos da indústria, devido ao seu potencial como biomolécula e baixo custo. O sistema de medição utilizado no desenvolvimento do projeto destaca-se pela facilidade de troca de amostras, higienização do sistema, pouca complexidade de manuseio, além do controle de temperatura com variações menores que 0,01°C de erro de regime permanente. Por conseguinte, os resultados foram obtidos através do programa de controle e aquisição de dados, junto à interface gráfica intuitiva ao usuário desenvolvida no ambiente do Matlab, gerando-se curvas de velocidade de propagação do som e coeficiente de atenuação em função da frequência para amostras compostas por misturas de água destilada e glicerol, e verificando-se o resultado aplicável e semelhante à água destilada, quando utilizadas como referência para medição de líquidos mais atenuantes, como óleos, visto que, as curvas de atenuação mostram-se sobrepostas, com distanciamento inferior a 2% para uma frequência de 50 MHz.
The measurement of liquid properties by ultrasound is widely used in the control of industrial processes, allowing the measurement of acoustic parameters such as propagation speed and attenuation coefficient as a function of frequency and temperature, benefiting from its non-invasive nature, and non-destructive ultrasound techniques. In this work, the relative or substitution technique is applied to measure the acoustic parameters of samples, characterized by the measurement of a reference sample with known properties for comparison with the liquid sample of interest. One of the scopes proposed in the methodology is to solve the frequency band limitations from the liquid of interest, which has a higher attenuation coefficient, and consequently lower amplitude in relation to the reference liquid signal, by the application of gain to the generated signal, and mainly the use of other reference samples with a higher attenuation coefficient, such as glycerol, which is widely used in various fields of industry, due to its potential as a biomolecule and low cost.The measurement system used in the development of the project stands out for its ease of exchanging samples, system cleaning, low handling complexity, in addition to temperature control with variations of less than 0.01°C of steady-state error. Therefore, the results were obtained through the control and data acquisition program, together with the intuitive graphical user interface developed in the Matlab environment, generating sound propagation velocity curves and attenuation coefficient as a function of frequency for samples of distilled water and glycerol mixtures, verifying that the result is applicable and similar to distilled water, when used as a reference for measuring more attenuating liquids, such as oils, since the attenuation curves appear to overlap, with a difference of less than 2% for a frequency of 50 MHz.
The measurement of liquid properties by ultrasound is widely used in the control of industrial processes, allowing the measurement of acoustic parameters such as propagation speed and attenuation coefficient as a function of frequency and temperature, benefiting from its non-invasive nature, and non-destructive ultrasound techniques. In this work, the relative or substitution technique is applied to measure the acoustic parameters of samples, characterized by the measurement of a reference sample with known properties for comparison with the liquid sample of interest. One of the scopes proposed in the methodology is to solve the frequency band limitations from the liquid of interest, which has a higher attenuation coefficient, and consequently lower amplitude in relation to the reference liquid signal, by the application of gain to the generated signal, and mainly the use of other reference samples with a higher attenuation coefficient, such as glycerol, which is widely used in various fields of industry, due to its potential as a biomolecule and low cost.The measurement system used in the development of the project stands out for its ease of exchanging samples, system cleaning, low handling complexity, in addition to temperature control with variations of less than 0.01°C of steady-state error. Therefore, the results were obtained through the control and data acquisition program, together with the intuitive graphical user interface developed in the Matlab environment, generating sound propagation velocity curves and attenuation coefficient as a function of frequency for samples of distilled water and glycerol mixtures, verifying that the result is applicable and similar to distilled water, when used as a reference for measuring more attenuating liquids, such as oils, since the attenuation curves appear to overlap, with a difference of less than 2% for a frequency of 50 MHz.
Descrição
Palavras-chave
Ultrassom, Espectroscopia, Atenuação, Ultrasound, Spectroscopy, Attenuation
Como citar
CAMARGO, Gabrielle Ceola. Medição de misturas de glicerol e água usando espectroscopia ultrassônica. 2024. 55 f. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista - UNESP, Ilha Solteira, 2024.