Levitação acústica: uma abordagem introdutória para protótipos de levitadores de eixo único com ajuste de fases

Abstract

Nesta dissertação investigou-se o fenômeno da levitação acústica sem contato físico através da técnica de levitação acústica, utilizando ondas sonoras de alta frequência. Diversas técnicas de levitação têm atraído a atenção dos pesquisadores nos últimos anos, principalmente pelas aplicações no âmbito de transporte, manipulação e armazenamento de componentes que não devem ser contaminados pelo contato mecânico. A levitação é um processo em que forças são gerada com o objetivo de contrabaleancear a força da gravidade sob partícula, visando equilibrá-la sem contato. Esse fenômeno pode ser obtido através de diferentes técnicas como a magnética, óptica, campos eletrostáticos ou acústica. O presente trabalho dedica-se à análise computacional e experimental da técnica de levitação acústica de campo distante. Nesta abordagem, as partículas são levitadas por meio do campo de pressão, gerado por emissores cerâmicos que vibram harmonicamente em uma frequência ultrassônica. Esta técnica destaca-se em especial à irrestrição quanto propriedades instrínsecas das partículas a serem levitadas, ampliando as aplicações farmacológicas para produtos com alto teor de pureza, transporte de componentes eletrônicos que se direciona cada vez mais à micro e nanotecnologia. Neste trabalho abordou-se a relação entre o posicionamento dos transdutores e amplitude de pressão acústica resultante, onde observou-se um comportamento não-monotônico para os transdutores de 16mm de diâmetro, ou seja, há um posicionamento entre o transdutor central e os demais, para que o campo de pressão acústico seja ampliado utilizando uma menor quantidade de transdutores. Para tanto, dedicou-se a análise computacional por meio do modelo proposto por Kinsler para a amplitude de pressão acústica de um levitador, possibilitando determinar os melhores posicionamentos para o emissores e, diversas peculiaridades para melhorar a eficiência do equipamento de levitação. Ainda, pode comparar a eficiencia dos dois modelos de transdutores e, com a intensificação do pudemos levitar partículas diferente do EPS. Além da análise quanto ao posicionamento dos transdutores, foi observado a relação entre tensão e densidade do material, buscando prever a limitação dos modelos de levitadores propostos. Quanto às analise experimentais, são destinadas a contrapor os resultados computacionais, através da confecção dos modelos de levitadores e coleta dos dados experimentais.