Modelagem de transdutor de Langevin para uso em processos de cavitação acústica
Modelagem de transdutor de Langevin para uso em processos de cavitação acústica
<alisson.marques102@gmail.com>
O presente estudo teve como objetivo a modelagem de um transdutor de Langevin para aplicação em processos de cavitação acústica. O transdutor de Langevin, é um dispositivo capaz de transformar energia elétrica em mecânica, utilizando da piezoeletricidade, sendo essa uma propriedade que alguns materiais apresentam que, ao serem tensionados, geram um campo elétrico, contudo, para o transdutor utilizou-se do processo inverso, ou seja, foi aplicado um campo elétrico para que o material sofresse uma deformação mecânica,a partir dessa deformação o transdutor passa a emitir a onda ultrassônica usada na cavitação acústica. A modelagem do transdutor aqui apresentada foi executada no software COMSOL Multiphysics, que utiliza do método de elementos finitos, o transdutor modelado usa das cerâmicas PZT-4 como material piezelétrico e foi projetado para oscilar a uma frequência de ressonância de 30 kHz. O processo de cavitação acústica consiste na formação, crescimento e implosão de microbolhas em fluido irradiado por uma onda ultrassônica, em que, no ato da implosão as microbolhas podem chegar a uma temperatura de 5000 K,eaumapressãode 100 atm. Ao atingir essa alta temperatura e alta pressão, esse processo se torna eficiente em âmbitos como: sonoquímica, sonolumunescência, na indústria de alimentos e na agronomia, neste último, com ênfase no estudo da quebra de agregados.
The present study aimed to model a Langevin transducer for application in acoustic cavitation processes. The Langevin transducer is a device capable of transforming electrical energy into mechanics using piezoelectricity, which is a property that some materials present that, when tensioned, generate an electric field, however, for the transducer used If from the inverse process, that is, an electric field was applied for the material to undergo a mechanical deformation, from this deformation the transducer starts to emit the ultrasonic wave used in acoustic cavitation. The transducer modeling presented here was performed in the COMSOL Multiphysics software, which uses the finite element method, the modeled transducer uses PZT-4 ceramics as piezoelectric material and is designed to oscillate at a resonant frequency of 30 kHz. The acoustic cavitation process consists of the formation, growth and implosion of microbubbles in an ultrasonic wave-irradiated fluid, where the microbubbles can reach a temperature of 5000 K and a pressure of 100 atm.. By reaching this high temperature and high pressure, this process becomes efficient in areas such as: sonochemistry, sonoluminescence, in the food industry and agronomy in the latter, with emphasis on the study of aggregate break
COMSOL Multiphysics® (Software).
Cavitação acústica.
Métodos de elementos finitos.