Benzoksazol ve Benzotiyazol Türevi Bileşiklerin Antimikrobik Özellikler

Para imprimir movimento de rotação ao corpo de prova, foi projetado e construído o sistema de acionamento mostrado na Figura 3.3(a). Esse sistema é constituído, basicamente, de um mancal (1) e uma polia (3), com arruela de fixação (2) para impedir o movimento axial do corpo de prova. Na janela frontal (5), assim como na ponta do corpo de prova, foram feitos pequenos rebaixos, para a fixação de uma esfera de 3,15 mm, que tem por finalidade minimizar os efeitos de excentricidade na rotação do cilindro. A esfera foi colada no rebaixo da janela frontal e apenas encaixada na ponta do corpo de prova. As peças foram montadas na janela posterior (6), que abriga um retentor de 18 mm de diâmetro externo, 8 mm de diâmetro interno e 4 mm de espessura, sobre um suporte também construído em acrílico (7). Na Figura 3.3 (b), pode-se observar todo o sistema montado na janela posterior.

O acionamento do cilindro se dá por meio de um conjunto de polias, com diferentes diâmetros, movimentadas por um motor elétrico trifásico, marca WEG, 1/4 CV de potência, rotação nominal 1800 rpm, 220V, acoplado a um inversor de freqüência, também da marca WEG, modelo CFW 07, que proporciona uma faixa de rotação de 30 a 10000 rpm, Figura 3.4. O acoplamento entre as polias do motor e do cilindro é feito por intermédio de uma fina correia de borracha de seção transversal circular, com 1 mm de diâmetro.

(1) macal; (2) arruela de fixação; (3) polia; (4) corpo de prova; (5) janela frontal; (6) janela

posterior, (7) suporte do mancal.

(a) Conjunto desmontado (b) Conjunto

Figura 3.3 – Peças utilizadas para proporcionar rotação ao corpo de prova.

Figura 3.4 – Motor, polia, suporte do motor e inversor de frequência.

3.2 TÉCNICAS EXPERIMENTAIS 3.2.1 Visualização de escoamentos (a) Geração de bolhas de hidrogênio

campos de escoamento foi proposta por Geller (1955), embora haja relatos de trabalhos anteriores realizados por outros autores, relativos à aplicação da técnica no estudo do escoamento no interior de tubos. Sua disseminação, entretanto, só se deu anos mais tarde, após a publicação do artigo de Clutter e Smith (1961), que apresenta uma descrição detalhada dos equipamentos empregados pelos autores em seus experimentos e despertou o interesse de muitos experimentalistas, abrindo muitas possibilidades de aplicação da técnica ao estudo do movimento dos fluidos.

Em linhas gerais, o método envolve a introdução de um fio metálico fino no interior do escoamento, ligado a uma fonte de corrente contínua, usado como cátodo (eletrodo negativo). O ânodo (eletrodo positivo), por sua vez, é constituído por um outro objeto metálico, que também deve ser posicionado no interior do escoamento, nas proximidades do cátodo e a jusante do modelo ensaiado. Se a voltagem aplicada for suficientemente elevada, ocorrerá a hidrólise da água, com a liberação de hidrogênio no cátodo e de oxigênio no ânodo. Ainda que, em princípio, a visualização do escoamento pudesse ser realizada com qualquer um dos dois tipos de bolhas, quase todos os trabalhos da literatura empregam bolhas de hidrogênio, por serem menores e em maior número, melhorando substancialmente a qualidade das visualizações. A Figura 3.5 apresenta o esquema da montagem experimental para a implementação da técnica.

Figura 3.5- Sistema genérico para a implementação da técnica de geração de bolhas de hidrogênio.

Segundo Merzkirch (1987), o tamanho das bolhas geradas é da ordem de grandeza do diâmetro do fio utilizado, mas depende, também, da condutividade elétrica do fluido e da velocidade do escoamento, bem como da voltagem e da corrente elétrica empregada. Geralmente, os fios são feitos em platina ou em aço inoxidável, com diâmetros da ordem de 0,01 a 0,02 mm, o que não

causa grandes perturbações ao escoamento. Usando fios de tungstênio de 5 a 10 µm de diâmetro,

bolhas de dimensões bem menores do que o diâmetro do fio e que não se dissolveram na água após sua formação. Schraub et.al. (1965) observaram as linhas de emissão em uma seção contraída,

utilizando 1fios de platina de 0,0254 mm ou 0,0508 mm de diâmetro e 152,4 mm de comprimento.

Em um arranjo convencional, água da rede urbana pode ser usada como fluido eletrolítico1_.

Para uniformizar a produção de bolhas ao longo do fio, deve-se evitar, ao máximo, oscilações na tensão de alimentação do circuito. Tem-se observado que a qualidade e a uniformidade das bolhas modificam-se substancialmente após alguns minutos de operação contínua do sistema, como resultado da deposição de materiais contaminantes no cátodo. Isto pode ser corrigido revertendo-se a polaridade do circuito elétrico durante alguns minutos. Na prática, porém, a existência de impurezas na água provoca eletroerosão no cátodo e a inversão de polaridade somente acentua este processo, resultando muitas vezes, no rompimento do fio de cátodo.

No presente trabalho, os ensaios de visualização por geração de bolhas de hidrogênio foram realizados utilizando-se a montagem experimental ilustrada na Figura 3.6.

Figura 3.6 − Montagem experimental para a realização de ensaios de visualização de

escoamentos por bolhas de hidrogênio.

O cátodo (FI), neste caso, um fio de tungstênio com 0,025 mm de diâmetro, atravessa a seção de testes, a jusante do modelo, através de suas janelas laterais. A tensão elétrica é fornecida pela fonte estabilizadora (FE), que permite regular a tensão ou a corrente elétrica que percorre o fio. O pólo positivo do circuito é conectado ao ânodo (AN), que consiste de uma simples placa de cobre, mergulhada no escoamento, num ponto suficientemente distante do modelo, para não perturbar o escoamento na região de interesse.

Filmagens e fotografias digitais foram empregadas para o registro das imagens dos escoamentos obtidas com essa técnica de visualização.

1 _{Se necessário, sulfato de sódio, na proporção de 0,15 g/litro de Na}

2SO4, pode ser adicionado à água, para aumentar sua

(b) Injeção de corantes líquidos

A injeção de traçadores líquidos tem sido exaustivamente utilizada no estudo de diversos tipos de escoamento, em razão, sobretudo, da facilidade de implementação e do baixo custo operacional que caracterizam esta técnica. O processo de injeção pode ser efetuado através de orifícios existentes na superfície do modelo ou, ainda, com o auxílio de agulhas posicionadas no interior do escoamento. Em ambos os casos, a injeção do filete de corante deve ocorrer de forma a introduzir a menor perturbação possível no escoamento. Assim, a velocidade e a pressão de injeção devem ser controladas e mantidas em valores próximos àqueles encontrados no escoamento, a fim de que o filamento de tinta se mantenha nítido e estável.

Segundo Werlé (1973) várias substâncias têm sido empregadas como traçadores líquidos em ensaios de visualização de escoamentos. Embora existam tintas fabricadas especialmente para esta finalidade, os traçadores mais freqüentemente utilizados são os corantes alimentícios e os corantes para pintura, solúveis em água, embora a utilização de leite, anilina, nanquim o permanganato de potássio, também não seja rara. O emprego de produtos especiais, como tintas fluorescentes excitadas pela luz, pela ação de componentes químicos ou através de campos elétricos, é freqüentemente relatado na literatura - Friedman (1956), Howland et al.(1966), Dobrodzicki (1982).

Existem, ainda, as chamadas soluções fotocromáticas, que alteram sua coloração na presença de radiações eletromagnéticas, conforme descrito por Popovich & Hummel (1967). No entanto, a utilização de alguns destes traçadores exigem cuidados especiais, sobretudo os de origem orgânica, que favorecem a proliferação de microorganismos no fluido de trabalho. Outros, aderem-se às janelas de observação, dificultando as visualizações do escoamento no decorrer dos ensaios.

No presente trabalho, utilizou-se como traçador uma solução aquosa de pigmento à base de PVA, que possui grande poder de tingimento e baixo custo, podendo ser facilmente encontrado no mercado.

O dispositivo de injeção, ilustrado na Figura 3.7, é constituído por um reservatório pressurizado ligado por intermédio de uma mangueira flexível a uma agulha dobrada em forma de cotovelo. Uma válvula do tipo agulha, operada manualmente, faz o controle da vazão de corante para dentro do escoamento principal. A agulha de injeção é introduzida no interior da seção de testes a montante do modelo, através de uma das janelas de observação do túnel.

Figura 3.7 − Dispositivo de injeção de corantes líquidos.

Nos ensaios desse tipo, a iluminação foi realizada a contraluz, com o auxílio de dois conjuntos com 5 lâmpadas incandescentes de 150 W cada, que aliam baixo custo a uma boa temperatura de cor. Entre a fonte luminosa e a janela traseira da seção de testes, foi colocada uma película translúcida, com o objetivo de produzir uma iluminação difusa e homogênea.

3.2.2 Determinação da freqüência de emissão de vórtices (a) Anemometria de fio quente

Dentre os principais instrumentos utilizados na medição de velocidade em fluidos destacam-se os anemômetros de fio quente. Particularmente adequados para aplicação em laboratório, este tipo de equipamento realiza medidas com alta resolução espacial e temporal, podendo ser utilizado no escoamento de líquidos e gases, com níveis de turbulência baixo e moderado – geralmente inferior a 25%.

O termo anemometria de fio quente será empregado aqui de maneira bastante genérica, para designar a técnica em questão. Para aplicação em meio líquido, entretanto, as sondas utilizadas são constituídas, na verdade, por filmes – e não fios – metálicos protegidos por uma fina camada de quartzo, o que lhes confere maior robustez e durabilidade.

Seu princípio de funcionamento é simples e baseia-se na transferência de calor por convecção entre um pequeno elemento metálico aquecido eletricamente e o fluido circundante. Assim, não apenas a velocidade local instantânea do escoamento pode ser medida, mas qualquer propriedade capaz de alterar as condições de transferência de calor entre o elemento sensor e o fluido pode ser potencialmente quantificada. Em vista disto, a anemometria de fio quente tem sido empregada, também, para detectar mudanças na temperatura do fluido ou na concentração de misturas de gases, bem como na determinação da fração de vazio em escoamentos bifásicos (Bruun, 1995).

fundamentais, quais sejam: uma sonda, com seu respectivo suporte e cabo de ligação, e um circuito eletrônico, que incorpora uma ponte de resistores. A sonda é constituída por um elemento sensor – em geral um fio ou filme de tungstênio, níquel ou platina, com cerca de 1 mm de comprimento e alguns poucos microns de diâmetro ou espessura – montado sobre uma haste de dimensões reduzidas, confeccionada em resina epoxi ou material cerâmico, como mostrado na Figura 3.8. A escolha entre os vários tipos de sonda existentes depende fortemente da aplicação à que se destinam.

Figura 3.8 – Diferentes tipos de sondas anemométricas de fio e de filme quente.

Em sua versão mais usual, conhecida como Anemômetro de Temperatura Constante, o elemento sensor representa um dos resistores da ponte, tal como ilustra a Figura 3.9. Quando exposto ao movimento do fluido, esse elemento tende a se resfriar, provocando alterações em sua resistência elétrica. Nessas condições, o controlador do circuito é imediatamente acionado, ajustando automaticamente o valor da corrente elétrica para restabelecer a temperatura do sensor e, consequentemente, o equilíbrio da ponte. Assim, a velocidade local instantânea do escoamento pode ser determinada, medindo-se a diferença de tensão na saída do circuito que alimenta a sonda e realizando-se, em seguida, a conversão deste sinal elétrico em velocidade, com o auxílio de uma correlação conhecida como Lei de King, dada por:

n BU A

E2 = + _(3.2)

cuja dedução encontra-se no Apêndice A. Nessa expressão, E representa a tensão elétrica, U a velocidade relativa entre a sonda e o fluido, e A, B e n são constantes empíricas a serem

determinadas mediante a calibração da sonda.

Figura 3.9 – Elementos básicos de um anemômetro de temperatura constante.

A Figura 3.10 mostra, especificamente, o anemômetro utilizado no presente trabalho, que se baseia na plataforma StreamLine 90N10, produzida pela Dantec Measurement Technology. Esse anemômetro possui três módulos CTA 90C10, que permitem a medição simultânea de até três componentes da velocidade local e instantânea. Na imagem apresentada, retirada do catálogo do fabricante, observa-se, também, um calibrador de sondas de fio quente.

Figura 3.10 – Anemômetro de temperatura constante Dantec StreamLine 90N10.

O anemômetro fornece um sinal elétrico analógico de saída, proporcional à tensão medida no elemento sensor da sonda de filme quente. Para que esse sinal possa ser registrado e analisado

posteriormente é conveniente que ele seja adquirido em formato digital. No presente trabalho, o registro do sinal de saída do anemômetro foi realizado com o auxílio de um sistema de aquisição digital National AT-MIO-16E-1, baseado num computador Pentium II.

Dependendo da natureza dos resultados que se deseja obter, a aquisição e o tratamento do sinal podem apresentar características diferentes. No presente trabalho, a anemometria de fio quente foi utilizada na obtenção da freqüência de Strouhal, que caracteriza o fenômeno de emissão alternada de vórtices. Para essa situação, o condicionador do anemômetro foi utilizado com sua configuração padrão, ou seja, o sinal não foi submetido a nenhum processo de filtragem, ajuste de ganho ou de deslocamento. A taxa de amostragem do sinal (F) e o número de amostras adquiridas (N) foram ajustados de forma a permitir a passagem de um número suficientemente grande de turbilhões pela sonda anemométrica, tipicamente superior a 60 vórtices. Em cada ensaio, o sinal foi adquirido e armazenado em cinco blocos, com N pontos cada. Em seguida, a freqüência de emissão dos vórtices foi determinada, através da aplicação da transformada rápida de Fourier (FFT) ao sinal digital adquirido. A título de ilustração, a Figura 3.11 apresenta um sinal temporal obtido para um cilindro circular estático, com seu respectivo espectro de freqüência.

0 2 4 6 8 10 3,95 4,00 4,05 4,10 4,15 4,20 Tensão (V) Tempo (s) 1,5 2,0 f 2,5 3,0 Pico Ponto Máximo Centro Geométrico Potência Espectral (V 2) Freqüência (Hz)

(a) No domínio do tempo (b) No domínio da freqüência

Figura 3.11 – Sinal típico obtido na determinação da freqüência de Strouhal por meio da anemometria de fio quente e sua respectiva distribuição espectral de potência.

(b) Contagem de fotogramas

Para a obtenção da freqüência de emissão de vórtices, necessária ao cálculo do número de Strouhal, empregou-se, também, o método de contagem de fotogramas, que se baseia

exclusivamente na interpretação de imagens dinâmicas do escoamento, previamente registradas em fita magnética. Para sua implementação, utilizou-se a montagem mostrada na Figura 3.12.

Figura 3.12 - Sistema de captura e tratamento de imagens animadas de escoamentos, para a implementação do sistema de contagem de fotogramas.

Em sua essência, o procedimento é executado de acordo com as seguintes etapas:

Ø Captação das imagens em fita magnética, à razão de F fotogramas por segundo, o que implica na aquisição de um fotograma a cada 1/F de segundo – o valor de F depende, naturalmente, da filmadora utilizada;

Ø Identificação e numeração de fotogramas quadro a quadro;

Ø Contagem de um número (N) preestabelecido de turbilhões emitidos de um mesmo lado do corpo, a partir da visualização das imagens gravadas do escoamento, reproduzidas em slow

motion;

Ø Anotação do número atribuído ao fotograma inicial (I0) – primeiro turbilhão – e ao fotograma

final (IN) – último turbilhão da seqüência;

Ø Cálculo da freqüência de emissão de turbilhões (f), por meio da equação:

= f

[

]

A identificação e a enumeração dos fotogramas pode também ser efetuada, mediante a utilização de uma filmadora munida de placa TC (Time Code). Os equipamentos que dispõe de leitor e gravador de TC geram, antes do registro da imagem em fita, um código magnético paralelo, que

permite a identificação precisa de cada um dos fotogramas, dispensando o uso de qualquer dispositivo adicional de controle.

Neste trabalho, as imagens dinâmicas foram capturadas por intermédio de uma câmara JVC, modelo KY27CU, com 3 CCD (Charge-Coupled Devices/Solid State Disccretarray Sensors) de 2/3 polegada e 410.000 pixels, capaz de adquirir imagens com 800 linhas de resolução horizontal e 63 db de SNR (Signal Noise Ratio). Foi utilizado, também, um vídeo editor JVC, modelo BR-5822U, equipado com placas TC, TBC (Time Base Corrector) e DNR (Digital Noise Reduction).