Comportamento eletrostático em interface líquido-sólido: estratégias para detecção de fluxo de líquidos
| Ano de defesa: | 2024 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Santa Maria
Brasil Física UFSM Programa de Pós-Graduação em Física Centro de Ciências Naturais e Exatas |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/31567 |
Resumo: | Although known since ancient times, triboelectricity is a phenomenon whose fundamental causes are not yet fully understood, especially in liquid-solid interfaces. Significant efforts have initiated studies on electrostatic charging at these interfaces, particularly concerning accidents caused by unwanted charge accumulations and the harnessing of electrostatic energy generated during triboelectrification by flow. Despite the growing interest in this field, additional investigations are needed to further elucidate the causes of this phenomenon. The research in this work aimed to analyze the behavior of electrostatic charge acquired by liquids during flow through a polytetrafluoroethylene (PTFE) capillary tube. It was observed that an excess of positive charges were recorded in all liquids, and there was a linear increase in the acquired charge as a function of the drained volume. Aqueous solutions with pH variation did not showed significant differences in charge gain. Alcohols also exhibited an increasing behavior of acquired charge with respect to the length of the carbon chain, except for methanol. Surfactants showed significantly lower charges compared to solutions with varied pH and alcohols. The study measured the electrostatic potential of the tube and observed a sudden decay to -400 V when the flow was stopped. Additionally, composites based on exfoliated and reassembled graphite were used as electrodes to compose a flow sensor. A study was conducted on different types of electrodes to assess their effectiveness in sensing the flow of water and ethanol in a tube. The results demonstrated that using self-powered composites, particularly the two square-face electrodes positioned parallel at 4 mm from the tube, was able to differentiate between the intermittent flow of liquids over several time periods. The system employed an input signal filter and a microcontroller, along with four LEDs to indicate the flow and type of liquid. The present results are important on developing electrostatic charge controllers for the safe transport of various liquids and for sensing the flow, which can prevent accidents and waste. |
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Comportamento eletrostático em interface líquido-sólido: estratégias para detecção de fluxo de líquidosElectrostatic behavior at solid-liquid interface: strategies for liquid flow sensingEletrização de águaEletrização por fluxoSensor de fluxo não invasivoInterface água-PTFECompósito de grafiteEletrização de PTFEWater electrificationFlow electrificationNon-contact flow sensorPTFEwater interfaceGraphite-based compositePTFE surface electrificationCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICAAlthough known since ancient times, triboelectricity is a phenomenon whose fundamental causes are not yet fully understood, especially in liquid-solid interfaces. Significant efforts have initiated studies on electrostatic charging at these interfaces, particularly concerning accidents caused by unwanted charge accumulations and the harnessing of electrostatic energy generated during triboelectrification by flow. Despite the growing interest in this field, additional investigations are needed to further elucidate the causes of this phenomenon. The research in this work aimed to analyze the behavior of electrostatic charge acquired by liquids during flow through a polytetrafluoroethylene (PTFE) capillary tube. It was observed that an excess of positive charges were recorded in all liquids, and there was a linear increase in the acquired charge as a function of the drained volume. Aqueous solutions with pH variation did not showed significant differences in charge gain. Alcohols also exhibited an increasing behavior of acquired charge with respect to the length of the carbon chain, except for methanol. Surfactants showed significantly lower charges compared to solutions with varied pH and alcohols. The study measured the electrostatic potential of the tube and observed a sudden decay to -400 V when the flow was stopped. Additionally, composites based on exfoliated and reassembled graphite were used as electrodes to compose a flow sensor. A study was conducted on different types of electrodes to assess their effectiveness in sensing the flow of water and ethanol in a tube. The results demonstrated that using self-powered composites, particularly the two square-face electrodes positioned parallel at 4 mm from the tube, was able to differentiate between the intermittent flow of liquids over several time periods. The system employed an input signal filter and a microcontroller, along with four LEDs to indicate the flow and type of liquid. The present results are important on developing electrostatic charge controllers for the safe transport of various liquids and for sensing the flow, which can prevent accidents and waste.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESPMinistério da Ciência, Tecnologia e Inovações - MCTIEmbora conhecida desde a antiguidade, a triboeletricidade é um fenômeno cujas causas fundamentais ainda não são completamente compreendidas, especialmente em interfaces líquido-sólido. Importantes trabalhos iniciaram os estudos do carregamento eletrostático nessas interfaces, sobretudo no que diz respeito à acidentes causados por acúmulos indesejados de carga e ao aproveitamento da energia eletrostática gerada durante a triboeletrização por fluxo. Apesar do crescente interesse nos estudos desta área, são necessárias investigações suplementares para elucidar ainda mais as causas deste fenômeno. A pesquisa descrita nessa dissertação teve como objetivo analisar o comportamento da carga eletrostática adquirida por líquidos durante o fluxo através de um tubo capilar de politetrafluoretileno. Observou-se que um excesso de cargas positivas foi registrado em todos os líquidos, e um aumento linear na carga adquirida em função do volume drenado. Soluções aquosas com variação de pH não apresentaram diferenças significativas no ganho de carga. Os álcoois também apresentaram um comportamento crescente da carga adquirida em relação ao comprimento da cadeia de carbono, exceto para o metanol. Surfactantes mostraram cargas significativamente mais baixas em comparação com soluções de pH variado e álcoois. O estudo mediu o potencial eletrostático do tubo e observou uma queda repentina para -400 V quando o fluxo foi interrompido. Além disso, compósitos baseados em grafite esfoliado e reestruturado foram usados como eletrodos para compor um sensor de fluxo. Um estudo foi realizado com diferentes tipos de eletrodos para verificar sua eficácia na detecção do fluxo de água e etanol em um tubo. Os resultados mostraram que o uso de compósitos autoalimentados, especialmente o eletrodo de duas faces quadradas posicionado paralelamente a 4 mm do tubo, foi capaz de diferenciar o fluxo intermitente de líquidos ao longo de vários períodos de tempo. O sistema utilizou um filtro de sinal de entrada e um microcontrolador, juntamente com quatro LEDs para indicar o fluxo e o tipo de líquido. Os resultados apresentados são importantes no desenvolvimento de controladores de carga eletrostática para o transporte seguro de vários líquidos e para a detecção do fluxo, o que pode evitar acidentes e desperdício.Universidade Federal de Santa MariaBrasilFísicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em FísicaCentro de Ciências Naturais e ExatasBurgo, Thiago Augusto de Limahttp://lattes.cnpq.br/5737213839553155Köhler, Mateus HenriqueDorneles, Lucio StrazzaboscoFigueroa, Carlos AlejandroCampo, Yan Araujo Santos da2024-02-27T12:30:47Z2024-02-27T12:30:47Z2024-02-19info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/31567ark:/26339/0013000009dcxporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2024-02-27T12:30:47Zoai:repositorio.ufsm.br:1/31567Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2024-02-27T12:30:47Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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