Acoustic levitation is a method which uses sound radiation to suspend matter in a medium. The main use of this phenomenon is for the contactless processing of matter, allowing to manipulate small objects without any solid contact. Contactless processing of matter presents many advantages in, for example, the fabrication of MEMS (microelectromechanical systems) where handling the components is challenging because of their fragile and surface-sensitive characteristics or in the chemical/biological industry when handling high-purity or hazardous materials. Thus, a new device for noncontact linear transportation of small solid objects is presented here. In this device, ultrasonic flexural vibrations are generated along the ring shaped vibrator using two Langevin transducers and by using a reflector parallel to the vibrator, small particles are trapped at the nodal points of the resulting acoustic standing wave. The particles are then moved by generating a traveling wave along the vibrator, which can be done by modulating the vibration amplitude of the transducers. The working principle of the traveling wave along the vibrator has been modeled by the superposition of two orthogonal standing waves, and the position of the particles can be predicted by using finite element analysis of the vibrator and the resulting acoustic field. A prototype consisting of a 3 mm thick, 220 mm long, 50 mm wide and 52 mm radius aluminum ring-type vibrator and a reflector of the same length and width was built and small polystyrene spheres have been successfully transported along the straight parts of the vibrator. / Levitação acústica é um método para suspender matéria em um meio através de pressão de radiação acústica gerada por intensas ondas de som. O principal uso desse fenômeno é na manipulação de partículas sem contato solido. Esse fenômeno tem várias aplicações para pesquisas onde deve ser evitado todo o contato como, por exemplo, na área de biologia, química, e na fabricação de MEMS. Assim, um novo sistema de transporte linear de partículas por levitação acústica está apresentado aqui. Nesse sistema, vibrações flexurais estão geradas em uma placa tipo anel com dois transdutores tipo Langevin, e colocando um refletor paralelo ao oscilador, partículas estão presas no pontos nodais da onda acústica gerada. As partículas estão deslocadas modulando a amplitude dos transdutores. Assim, este trabalho tem como objetivos a modelagem do fenômeno de levitação acústica, o dimensionamento de um protótipo de sistema de transporte linear de partículas por levitação acústica, bem como a fabricação e o controle desse protótipo. Um protótipo consistindo de uma estrutura tipo anel de alumínio de 3 mm de espessura, 220 mm de comprimento e um raio de 52 mm foi fabricado e o transporte de pequenas esferas de isopor foi realizado com êxito nas parte retas do vibrador.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-28112016-083848 |
| Date | 09 November 2015 |
| Creators | Gilles Pierre Loïc Thomas |
| Contributors | Emilio Carlos Nelli Silva, Nicolás Leonardo Pérez Alvarez, Marcelo Areias Trindade |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Engenharia Mecânica, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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