Estudo e secagem de argila vermelha utilizando um sensor magnetoelástico - Tormes, Claudia Daiane (My University, 2015)
An important application of magnetoelastic sensors is in antitheft systems. Because of their excellent performance and their passive wireless nature, they have also been extensively used in environmental sensing of changes in temperature, atmospheric pressure, flow speed of fluid over the sensor surface, density and viscosity of liquids and mass change. The present work investigates the use of magnetoelastic sensors based on Metglas®2826MB3 to study the drying behavior of ceramic materials. Two clays from the Vale do Caí region, the main producer of ceramic materials for the construction industry, were analyzed. Aqueous clay suspensions were prepared and their characterization was performed using traditional techniques that considered the drying kinetics, shrinkage and cracking behavior as a function of the wet weight of the material deposited into an aluminum mold. Subsequently, the suspensions were deposited on the sensor tape surface with a doctor blade device. Applying a variable magnetic field, it was possible to determine the experimental resonance frequency of the sensor. This frequency is inversely proportional to the ribbon length and dependent upon the physical properties of the materials. A mathematical model was used to correlate the resonance frequency with the elastic properties of the coating. Besides the physical properties of the materials, also included in model was the dependence of the tape's elastic modulus on magnetic field, known as the E effect. The stress developed during the drying process may cause cracks and deformations in the material when it is not dissipated. This stress contributes to the magnetic anisotropy which is introduced into the problem through the E effect. The cantilever technique was used to determine the presence of tensions during drying. Measuring the deflection of the substrate, it is possible to determine the stress generated by the suspension. The curves of resonance frequency versus time show several distinct regions. For the region that separates the two main rying stages of the suspension, the frequency measurement proved to be very sensitive to the presence of tension. Therefore, the structures observed in the experimental curves of frequency versus time could be modeled using the experimental distribution of stress and the elastic properties of the sensor and clay suspension. This promising result suggests that the tensions developed during the drying of ceramic materials could be determined by measurements of the resonance frequency of the sensors.
Uma das grandes aplicações dos sensores magnetoelásticos está relacionada aos sistemas antifurto. Devido ao seu excelente desempenho e natureza passiva sem fio, também têm sido amplamente utilizados no sensoriamento ambiental em resposta às mudanças de temperatura, pressão atmosférica, velocidade de fluxo do fluido através da superfície do sensor, densidade e viscosidade de líquidos e variação de massa. O presente trabalho investiga a utilização de fitas magnetoelásticas, tais como Metglas®2826MB3, para estudar o comportamento de secagem de materiais cerâmicos. Duas argilas extraídas da região do Vale do Caí, principal produtor de materias cerâmicos para a construção civil, foram analisadas. Suspensões de argila foram preparadas e sua caracterização foi realizada por meio de técnicas tradicionais que considerou a cinética de secagem, a retração e o comportamento das trincas de acordo com a massa úmida do material depositado em um molde de alumínio. Posteriormente as suspensões foram depositadas sobre a superfície da fita sensora com auxílio de um dispositivo doctor blade. Aplicando um campo magnético variável, foi possível determinar a frequência de ressonância experimental do sensor. Essa frequência é inversamente proporcional ao comprimento da fita e dependente das propriedades físicas dos materiais. Um modelo matemático foi utilizado para relacionar a frequência de ressonância com as propriedades elásticas da cobertura da fita. Além das propriedades físicas dos materiais também foi incluído ao modelo, a dependência do módulo de elasticidade da fita em campo magnético, conhecido como efeito E. A tensão desenvolvida durante o processo de secagem pode gerar trincas e deformações no material quando não dissipadas. Essa tensão contribui para a anisotropia magnética e é introduzida no problema através do efeito E. A técnica do cantilever foi utilizada para verificar a presença de tensões durante a secagem. Medindo a deflexão do substrato é possível determinar a tensão gerada pela suspensão. As curvas da frequência de ressonância em função do tempo mostram várias regiões distintas. Na região que distingue os dois principais estágios de secagem da suspensão, caracterizada pela taxa de secagem que diminui aceleradamente, a medida da frequência se mostrou bastante sensível à presença de tensões. Portanto, as estruturas observadas nas curvas experimentais de frequência em função do tempo puderam ser reproduzidas pelo modelo, utilizando a distribuição de tensões experimentais e as propriedades elásticas do sensor e da suspensão de argila. Esse resultado promissor sugere que as tensões desenvolvidas durante a secagem de materiais cerâmicos poderiam ser determinadas por medidas da frequência de ressonância dos sensores.
Keywords: Engenharia de produção; Material cerâmico; Production engineering; Ceramic materials