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Electrical Impedance Spectrometry - Application to PET (Polyethylene Terephthalate) relative humidity detection and preliminary studies towards peloids characterization
| Summary: | A Espectroscopia de Impedância Elétrica (EIE) é uma técnica com largo leque de aplicações na caracterização de propriedades de materiais sólidos e líquidos. Consiste na aplicação de uma tensão ou corrente variáveis a uma amostra e consequente medição da corrente induzida ou da queda de tensão na amostra, para assim determinar a sua impedância – a resposta em módulo e fase - numa gama definida de frequências. O presente trabalho descreve um método baseado num impedancímetro composto por um dispositivo capaz de gerar e adquirir sinais analógicos e digitais – um osciloscópio USB comercial - Analog Discovery da Digilent, Inc - ao qual foi adicionado um interface hardware/software. O software de controlo, processamento e interface gráfico com o utilizador é baseado em Matlab. O resultado é um instrumento de baixo custo adaptado à caracterização elétrica de um material polimérico, Polyethylene Terephthalate (PET). Este material primário é usado como dielétrico num contentor que funciona como um condensador integrado num circuito RLC e cuja temperatura pode ser controlada. Provou-se a relação entre essa caracterização elétrica (impedância) e o grau de Humidade Relativa (HR) contido em amostras desse material, característica importante para a sua aceitação/rejeição no processo industrial. Neste contexto a humidade relativa é definida como a relação entre o conteúdo, em massa, de água relativamente à massa do material seco. Os resultados apontam para níveis mínimos de deteção de humidade relativa de 0.04 %HR com uma sensibilidade de 850 Hz/%HR correspondendo a uma variação no pico de ressonância medida através da curva da fase em função da frequência. Considerando o interesse industrial, esta técnica distingue com clareza entre níveis de HR aceitáveis e não aceitáveis (no patamar dos 0.3 %HR. O sistema de elétrodos deverá sofrer evolução com foco na facilidade de acesso ao material em meio industrial.O instrumento possui características de flexibilidade que permitem a adaptação a outro tipo de materiais como é o caso em curso da caracterização da mobilidade iónica em pelóides. Neste caso de estudo é apresentado um aparato experimental adequado à caracterização pretendida. Numa fase inicial era importante definir alguns aspetos do sistema de medida, tais como as características dos elétrodos, o sistema de controlo de temperatura e o porta-amostras. Foi demonstrada a existência de uma dependência com a temperatura da mistura e com a concentração de argila terapêutica. |
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| Main Authors: | Duarte, Emanuel Costa |
| Subject: | Espectroscopia de Impedância Elétrica Polyethylene Terephthalate Pelóides Electric Impedance Spectroscopy Polyethylene Terephthalate Peloids |
| Year: | 2018 |
| Country: | Portugal |
| Document type: | master thesis |
| Access type: | open access |
| Associated institution: | Universidade de Coimbra |
| Language: | English |
| Origin: | Estudo Geral - Universidade de Coimbra |
| Summary: | A Espectroscopia de Impedância Elétrica (EIE) é uma técnica com largo leque de aplicações na caracterização de propriedades de materiais sólidos e líquidos. Consiste na aplicação de uma tensão ou corrente variáveis a uma amostra e consequente medição da corrente induzida ou da queda de tensão na amostra, para assim determinar a sua impedância – a resposta em módulo e fase - numa gama definida de frequências. O presente trabalho descreve um método baseado num impedancímetro composto por um dispositivo capaz de gerar e adquirir sinais analógicos e digitais – um osciloscópio USB comercial - Analog Discovery da Digilent, Inc - ao qual foi adicionado um interface hardware/software. O software de controlo, processamento e interface gráfico com o utilizador é baseado em Matlab. O resultado é um instrumento de baixo custo adaptado à caracterização elétrica de um material polimérico, Polyethylene Terephthalate (PET). Este material primário é usado como dielétrico num contentor que funciona como um condensador integrado num circuito RLC e cuja temperatura pode ser controlada. Provou-se a relação entre essa caracterização elétrica (impedância) e o grau de Humidade Relativa (HR) contido em amostras desse material, característica importante para a sua aceitação/rejeição no processo industrial. Neste contexto a humidade relativa é definida como a relação entre o conteúdo, em massa, de água relativamente à massa do material seco. Os resultados apontam para níveis mínimos de deteção de humidade relativa de 0.04 %HR com uma sensibilidade de 850 Hz/%HR correspondendo a uma variação no pico de ressonância medida através da curva da fase em função da frequência. Considerando o interesse industrial, esta técnica distingue com clareza entre níveis de HR aceitáveis e não aceitáveis (no patamar dos 0.3 %HR. O sistema de elétrodos deverá sofrer evolução com foco na facilidade de acesso ao material em meio industrial.O instrumento possui características de flexibilidade que permitem a adaptação a outro tipo de materiais como é o caso em curso da caracterização da mobilidade iónica em pelóides. Neste caso de estudo é apresentado um aparato experimental adequado à caracterização pretendida. Numa fase inicial era importante definir alguns aspetos do sistema de medida, tais como as características dos elétrodos, o sistema de controlo de temperatura e o porta-amostras. Foi demonstrada a existência de uma dependência com a temperatura da mistura e com a concentração de argila terapêutica. |
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