Celula de medicao

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Medição de viscosidade de líquidos pelo método de múltiplas reflexões acústicas com conversão de modo
 
 
Flávio BuiochiI; Ricardo T. HigutiII; Celso M. FurukawaI; Emílio C. N. SilvaI; Julio C. AdamowskiI
IEscola Politécnica da USP, Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos, Av. Prof. Mello Moraes, 2231 - CEP 05508-900 - São Paulo SP, Brasil, fbuiochi@usp.br
IIUnesp,Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Departamento de Engenharia Elétrica
 
 
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RESUMO
Este trabalho apresenta uma célula de medição de viscosidade dinâmica de líquidos usando a conversão de modo de ondas longitudinais para ondas de cisalhamento e vice-versa. O método baseia-se na medição do coeficiente de reflexão complexo de uma onda de cisalhamento incidindo numa interfacesólido-líquido. As ondas refletidas na interface sólido-líquido são medidas no modo longitudinal por uma membrana de PVDF de grande abertura, para evitar erros devido ao efeito da difração. Foi desenvolvida uma estratégia para a medição de viscosidade pelo método de múltiplas reflexões relativas que possibilita medir a velocidade de propagação no sólido. Medições da viscosidade de óleos automotivos (SAE90 eSAE140) e de um produto alimentício líquido (glucose de milho) foram feitas no intervalo entre 1 e 5MHz. Os resultados experimentais mostram a dependência da viscosidade dinâmica com a freqüência da onda de cisalhamento.
Palavras-chave: Ultra-som, viscosidade, conversão de modo.
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ABSTRACT
This work presents a cell to measure the dynamic viscosity of liquids using a wave mode conversion fromlongitudinal to shear waves and vice-versa. The method is based on the measurement of the complex reflection coefficient of shear waves at a solid-liquid interface. The reflected waves at the solid-liquid interface are measured in the longitudinal mode by a large aperture PVDF membrane to avoid errors due to the acoustic diffraction. A viscosity measurement strategy was developed based on therelative multiple reflection method that guarantees the measurement of the propagation velocity for the solid. Measurements of the viscosity of automotive oils (SAE90 and SAE140) and a kind of corn glucose were made in the range of 1 to 5MHz. The experimental results show the dependency of the dynamic viscosity with the frequency of the shear wave.
Keywords: Ultrasound, viscosity, wave modeconversion.
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1 INTRODUÇÃO
De todas as propriedades físicas do líquido, a viscosidade é a que requer maior consideração no estudo dos escoamentos, pois ela oferece resistência ao cisalhamento, dificultando o seu fluxo em tubulações, cavidades de moldes etc. Além disso, é utilizada para o desenvolvimento e controle de qualidade de produtos, sendo crucial sua medição para inúmeras indústriasnos campos da química, farmácia e produção de alimentos, entre outras. Métodos típicos de medição de viscosidade em baixas freqüências não são apropriados para o controle de processos em tempo real, pois dependem do arrasto de uma superfície oscilatória imersa no líquido, dificultando sua aplicação. Um exemplo clássico é o viscosímetro rotacional, que pode obstruir o escoamento dos líquidos quepassam por uma pequena fenda definida por um cilindro móvel que gira coaxialmente dentro de outro cilindro estacionário. Um método que se apresenta mais viável para o controle em tempo real em altas freqüências, empregando ondas ultra-sônicas na obtenção da viscosidade de líquidos é o método da reflexão ultra-sônica, desenvolvido por Mason et al. (1949). Esse método baseia-se na medição do coeficientede reflexão complexo de uma onda plana de cisalhamento incidindo obliquamente ou normalmente na interface entre um sólido e o líquido cuja viscosidade se quer medir.
Uma estratégia de medição baseada no método de reflexão relativa com incidência normal, desenvolvida recentemente por Buiochi et al. (1998 e 1999), utiliza uma célula de medição de viscosidade dinâmica de líquidos usando a...
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