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Consultar: Programa de Pós-Graduação em Física (Acadêmico)

Título [PT]: Detecção acústica do efeito magnetocalórico : parâmetros que influenciam a ciclagem térmica
Autor(es): Wesley Szpak
Palavras-chave [PT]:

Célula fotoacústica. Liga Gd-Si-Ge. Efeito magnetocalórico. Efeito magnetocalórico. Refrigeração magnética. Efeito fotoacústico. Magnetoacústica. Detecção acústica. Efeito magnetocalórico. Ciclagem térmica. Histerese. Ar. Umidade. Material magnético. Gadolínio. Magnetismo. Transição estrutural magnética. Microscopia eletrônica de varredura (MEV). Difratometria de Raios-X. Magnetometria. Calorimetria diferencial de varredura. Brasil.

Antonio Carlos Bento [Orientador] - UEM Raul José da Silva Câmara Maurício da Fonseca - UERJ André OLiveira Guimarães - UENF Cleber Santiago Alves - UEM Antonio Medina Neto - UEM

Resumo: Nos últimos anos tem havido uma crescente preocupação com 0 meio ambiente, impulsionando a comunidade cientifica mundial a pesquisar tecnologias mais eficientes, bem como buscar alternativas aos principais processos da sociedade moderna que se constituem fontes de degradação ambiental. Um desses processos é o hodierno método de refrigeração. Dentre as possíveis alternativas, a refrigeração magnética tem surgido como a mais promissora. Ela se fundamenta no chamado Efeito Magnetocalérico (EMC), isto é, a correspondente variação de temperatura adiabática ou a variação de entropia isotérmica sofrida por um material magnético quando este é submetido a uma variação de Campo magnético. Um dos métodos de investigação e caracterização dos materiais magnetocaléricos (MC) é a técnica de detecção acústica, na qual a variação de temperatura sofrida pela amostra MC ao ser submetido a um Campo magnético modulado é captada acusticamente. Nesta tese, uma montagem magnetoacustica foi construída e aplicada ao estudo da ciclagem térmica em três materiais MC: o Gd, a Iiga Gd5,09Ge2,03Si1_88 como fundida e um composto ainda não publicado, Gd4_7Nd0,3Si4,0 tratado termicamente. Amostras tanto em volume como em p6 foram analisadas e verificou-se uma diferença significativa entre as curvas de aquecimento e resfriamento, a qual atuava mesmo em transições de segunda ordem. Descobriram-se duas causas: a umidade presente no transdutor acústico quando ar atmosférico é utilizado e uma reorientação das partículas em amostras em p6 quando estas transitam de ferro para paramagnética ou vice versa. Se nenhuma cautela for tomada, os erros podem ser superiores a 50 %. Apresenta-se aqui uma metodologia de secagem do sistema magnetoacustico para a completa eliminação da influência da umidade. Solucionando o problema da movimentação das partículas prop6em-se pressionar contra a amostra uma haste de fixação vazada tendo em sua extremidade inferior um recorte de tela com trama menor ou da mesma ordem da maioria das partículas. Além disso, determinou-se como distinguir o EMC convencional do inverso mediante uma inversão de 180 graus da fase do sinal observada no composto Gd4'7Nd0_3Si4_0. Um estudo paralelo também desenvolvido nesta tese visou o processamento do material Gd5,09Ge2,03Si1,88 em uma rota de fabricação similar a metalurgia do pé. Seis faixas de tamanho de partícula foram avaliadas e através de duas técnicas completamente distintas foi possível estabelecer um limite mínimo de tamanho de partícula de 40 um em que o EMC não seja drasticamente afetado. Ainda mais, contrastando a capacidade de refrigeração e a entalpia de transição dos pés conclui-se que uma maximização do EMC ocorre em partículas com tamanho entre 45 e 63 µm. Abstract: In recent years there has been a growing concern with the environment, boosting the global scientific community to search more efficient technologies and seek alternatives to the main processes of modern society that are sources of environmental degradation. One such process is the current method of refrigeration. Among the possible alternatives, the magnetic refrigeration has emerged as the most promising. It is based on the so called magnetocaloric effect (MCE), that is, the adiabatic temperature variation or the isothermal entropy change experimented by a magnetic material when it is submitted to magnetic field variation. One of the methods of investigation and characterization of the magnetocaloric materials is the acoustic detection technique. In this approach, still little explored in the literature, the temperature variation experienced by the magnetocaloric sample under a modulated magnetic field is captured acoustically. In this thesis, a magnetoacoustic setup was built and applied to the study of thermal cycling in three magnetocaloric materials: the Gd, the alloy Gd5,09Ge2,03Si1,88 as cast and an unpublished compound annealed Gd4,7Nd0,3Si4,0. Bulk and powder samples were analyzed and it was verified a significant difference between the heating and cooling curves which acted even in second-order transitions. Two causes were discovered: the moisture present in the atmospheric air when it is used as transducer and a reorientation of the particles when the powder samples transits from ferromagnetic to paramagnetic or vice versa. If no precaution is taken, errors can exceed 50 %. Thus, here is presented a methodology to drying the magnetoacoustic system in order to completely eliminate the influence of moisture. Solving the problem of particles movement we propose to use a leaked rod, having on its bottom end a screen clipping of a fine mesh, pressed against the powder sample in order to restrict it. Furthermore, by means of the Gd4,7Nd0,3Si4,0 compound it was determined how to distinguish the conventional MCE of the inverse one through a 180 degrees signal phase inversion. A parallel study aiming to process the Gd5,09Ge2!03Si1œ83 alloy in a manufacturing route similar to powder metallurgy also developed in this thesis. Six ranges of particle size were evaluated and through two completely different techniques were possible to establish a minimum particle size of 40 um where the MCE is not drastically affected. Moreover, contrasting the cooling capacity with the transition enthalpy of the powders we concluded that a maximization of MCE occurs in particle size between 45 and 63 µm.

Idioma: Português Data de Publicação: 2014 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Antonio Carlos Bento Co-Orientador: Instituição: Universidade Estadual de Maringá. Centro de Ciências Exatas Nível: Tese (doutorado em Física) UEM: Programa de Pós-Graduação em Física

Responsavel: edson
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: wesley_szpak_2014.pdf
Tamanho: 19164 Kb (19623699 bytes)
Criado: 25-04-2016 14:16
Atualizado: 25-04-2016 14:39
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