Concepção, projeto, construção e testes de um aparato experimental para medição de emissividade de ligas com memória de forma

Abstract

Medir temperatura é de fundamental importância na caracterização termomecânica e em muitas aplicações de ligas com memória de forma (Shape Memory Alloys - SMA). A aplicação da termografia infravermelha é muitas vezes a técnica mais adequada ou a única possível para mediar a temperatura de elementos com memória de forma, e essa medição depende do conhecimento da emissividade do material em questão. Tendo em vista que a emissividade depende das características superficiais do material, conhecer a emissividade de ligas com memória de forma se torna ainda mais importante, uma vez que ela pode variar com a mudança de fase do material, que é acompanhada por alterações na rugosidade da liga, o que por sua vez pode influenciar a emissividade e, consequentemente, o valor da temperatura medida, caso a devida correção da emissividade não seja feita. Vislumbrando estabelecer relações entre as transformações de fase martensíticas em ligas com memória de forma e emissividade, o objetivo do presente trabalho é conceber o projeto, construir e testar um aparato experimental que possibilite a medição da emissividade em ligas com memória de forma. O desenvolvimento do aparato experimental foi orientado pelas normas ASTM E1933-99 (Standard Test Methods for Measuring and Compensating for Emissivity Using Infrared Imaging Radiometers) e JIS A 1423 (Simplified test method for emissivity by Infrared Radio Meter) que estabelecem diretrizes para a medição de emissividade. O aparato desenvolvido utiliza sensores de temperatura infravermelhos ativos e passivos, na banda larga espectral de 8~14 μm e opera na faixa de temperatura de 25 ºC até 120 ºC. O ensaio foi executado sob vácuo de até 150 x 10-3 Pa. A funcionalidade e a eficiência do aparato foram avaliadas por meio da caracterização da emissividade de um material convencional (Aço 1020) e uma liga com memória de forma (Ni55Ti45). Os resultados obtidos em ambos são consistentes com dados disponíveis na literatura. A emissividade do aço manteve aproximadamente constante na faixa de temperatura considerada (25 a 100 ºC), e a liga Ni55Ti45 em peso apresentou uma variação de 9,5% na emissividade entre o estado completamente martenstítico e o completamente austenítico. Essa variação é explicada teórica e experimentalmente pela variação da rugosidade média da liga, que na fase martensítica é de 0,761 μm e na austenítica de 0,821 μm. Comparando os resultados obtidos com o aparato experimental e com um sensor de emissividade constata-se uma diferença de aproximadamente 4,2%. Assim, conclui-se que o aparato experimental desenvolvido atende aos propósitos para os quais foi concebido e possibilitará um aprofundamento da investigação da relação entre transformação martensítica e emissividade em ligas com memória de forma.