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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO FACULDADE DE · PDF filefuncionamento baseado no amplificador operacional (741) chaveado pela carga de um capacitor de placas paralelas cujo dielétrico

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UNIVERSIDADE DE SO PAULO FACULDADE DE ZOOTECNIA E ENGENHARIA DE ALIMENTOS

PAULA FIGUEIREDO MATHEUS CREMASCO

Instrumentao para a caracterizao dieltrica de filmes biodegradveis

Pirassununga 2016

PAULA FIGUEIREDO MATHEUS CREMASCO

Instrumentao para a caracterizao dieltrica de filmes biodegradveis

Verso corrigida``

Dissertao de mestrado apresentada ao Programa de Ps-Graduao da Faculdade de Zootecnia e Engenharia

de Alimentos da Universidade de So Paulo, como parte dos requisitos para a

obteno do ttulo de Mestre em Engenharia e Cincia dos Materiais.

rea de Concentrao:

Desenvolvimento, caracterizao e aplicao de materiais voltados agroindstria.

Orientadora: Profa. Dra. Izabel Cristina

Freitas de Moraes.

Pirassununga 2016

PAULA FIGUEIREDO MATHEUS CREMASCO

Instrumentao para a caracterizao dieltrica de filmes biodegradveis

Dissertao de mestrado apresentada ao Programa de Ps-Graduao da

Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos da Universidade de So Paulo, como parte dos requisitos para a

obteno do ttulo de Mestre em Engenharia e Cincia dos Materiais.

Aprovado em:____________________

Banca Examinadora

Prof.(a) Dr.(a):____________________________________________________

Instituio:___________________________Assinatura:___________________

Prof.(a) Dr.(a):____________________________________________________

Instituio:___________________________Assinatura:___________________

Prof.(a) Dr.(a):____________________________________________________

Instituio:___________________________Assinatura:___________________

AGRADECIMENTOS

Primeiramente gostaria de agradecer a Deus pelos dons a mim concedidos, por

me iluminar na escolha dos melhores caminhos e me manter firme na f e

perseverana para a realizao desse projeto.

minha me, Helena, pelo amor incondicional, pela educao e pelos

ensinamentos que me proporcionou, por abrir mo dos seus sonhos para que eu

pudesse realizar os meus.

Ao meu pai, Vitor, que mesmo distante me ensinou a batalhar por uma vida

melhor por meio dos estudos e da realizao do trabalho com humildade.

Ao meu irmo, Lucas, pelo carinho e compreenso nos momentos que no pude

ser atenciosa para a realizao deste trabalho.

Ao meu marido Ulisses que sempre esteve ao meu lado, segurando a minha mo

em cada passo dado desde a minha graduao. Agradeo pelo amor, pela

motivao incondicional, por me apoiar e me incentivar em no desistir e lutar

sempre pelos meus sonhos.

Agradeo Profa. Dra. Izabel Cristina Freitas de Moraes pela orientao, pelos

ensinamentos e instrues e, principalmente, pelo acolhimento e por acreditar

no meu potencial e no meu trabalho.

Ao Prof. Dr. Walter F. Velloso Jnior, por ser como um pai para mim. Este

trabalho fruto da sua dedicao e amor em ensinar. Voc o meu exemplo de

professor e ser humano. Tenho muito a agradecer, pelo incentivo na realizao

do mestrado, pelo conhecimento a mim repassado, pela ateno e a disposio

em me ajudar sempre, pela pacincia nos momentos que eu mais precisei, pela

amizade e por todo o auxlio para a concretizao deste trabalho.

Ao Prof. Dr. Alberto Sereno da Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto (Portugal) que colaborou com nosso grupo de pesquisa e gentilmente nos

cedeu o mdulo capacitivo utilizado neste trabalho.

tcnica do Laboratrio de Simulao e Fsica Aplicada a Alimentos e

Biomateriais SIMFAB e amiga Josiane Gonalves Borges, que no mediu

esforos para me ajudar, foi muito prestativa e companheira durante todo esse

trabalho. Meus sinceros agradecimentos a voc de corao por toda a

assistncia, ateno e apoio.

Aos estagirios do laboratrio Gabriel, Julia e Maria Carolina pela colaborao

na realizao das anlises experimentais.

Agradeo Profa. Dra. Elria Maria de Jesus Agnolon Pallone e ao tcnico do

Laboratrio de Materiais e Modelagem Dinmica (MATMOD), Leonardo

Pozzobon pelas anlises no DRX.

tcnica do Laboratrio Multiusurio de Anlise de Alimentos Carla Monaco

Loureno pela colaborao durante a produo dos filmes.

Aos meus colegas de trabalho e funcionrios da Seo de Materiais da

Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos por permitirem a

continuao do meu projeto e pelo apoio durante a realizao deste trabalho de

pesquisa.

Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos, pela oportunidade de

realizao do curso de mestrado.

Sou muito grata a todos que fizeram parte deste trabalho, sem os quais ele no

teria se realizado.

E aprendi que se depende sempre

De tanta, muita, diferente gente

Toda pessoa sempre as marcas

das lies dirias de outras tantas pessoas.

to bonito quando a gente entende

Que a gente tanta gente

Onde quer que a gente v.

to bonito quando a gente sente

Que nunca est sozinho

Por mais que pense estar...

(Caminhos do corao Gonzaguinha)

RESUMO

CREMASCO, P. F. M. Instrumentao para a caracterizao dieltrica de

filmes biodegradveis. 94 f. Dissertao (Mestrado) Faculdade de Zootecnia

e Engenharia de Alimentos, Universidade de So Paulo, Pirassununga, 2016.

A caracterizao dieltrica de um material pode ser usada como uma tcnica

no destrutiva para avaliar e monitorar sua qualidade, bem como no

entendimento da relao estrutura-propriedade de um material, atravs de suas

propriedades dieltricas em funo da frequncia, temperatura, composio

qumica do material, dentre outros. Na literatura h escassez de trabalhos e

dados de caracterizao dieltrica de filmes a base de biopolmeros. Diante

desse contexto, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e a construo

de uma instrumentao alternativa a equipamentos disponveis no mercado,

como analisadores de rede e de impedncia, que pudesse ser utilizada para a

caracterizao dieltrica de filmes biodegradveis a base de gelatina. Foi

utilizado o mtodo de placas paralelas na determinao da parte real da

permissividade conhecida como permissividade relativa ou constante dieltrica

(). O circuito utilizado para a instrumentao foi um oscilador astvel com

funcionamento baseado no amplificador operacional (741) chaveado pela carga

de um capacitor de placas paralelas cujo dieltrico foi uma amostra de filme

biodegradvel. A partir dos valores da frequncia de oscilao e geometria do

capacitor, foi possvel calcular a capacitncia de cada amostra e,

consequentemente obter os valores da permissividade relativa do filme, usando

relaes bsicas bem estabelecidas. Os filmes de gelatina foram produzidos

pela tcnica de casting sendo utilizados como plastificantes o glicerol (G), o

sorbitol (S) e suas misturas, na proporo (G:S) de 30:70, 50:50 e 70:30. Os

filmes foram caracterizados quanto umidade e cristalinidade. A permissividade

relativa () dos filmes, determinada a temperatura ambiente, foi avaliada em

funo da frequncia (5 a 50 kHz), tempo de armazenamento, do teor de

umidade e tipo de plastificante. A instrumentao projetada e construda foi

capaz de medir com preciso a permissividade relativa das amostras, sendo que

essa propriedade diminuiu com o aumento da frequncia para todos os filmes.

Mantendo-se a frequncia constante, no houve variao de para os filmes de

gelatina, independente do plastificante, ao longo de um ms de armazenamento

a 24 3 C. O efeito da umidade foi observado em frequncias menores que 25

kHz, sendo que quanto maior o teor de umidade maior a permissividade relativa.

O efeito do tipo de plastificante na permissividade relativa dos filmes foi

observado a baixas frequncias (5 kHz) e filmes plastificados com sorbitol

apresentaram maiores valores de . Os filmes plastificados com maior teor de

umidade apresentaram menor cristalinidade, portanto maior mobilidade

molecular e consequentemente maior a permissividade relativa.

Palavras-chave: Propriedades dieltricas. Capacitor. Filmes biodegradveis.

Gelatina. Plastificantes.

ABSTRACT

CREMASCO, P. F. M. Instrumentation for dielectric characterization of

biodegradable films. 94 f. M. Sc. Dissertation Faculdade de Zootecnia e

Engenharia de Alimentos, Universidade de So Paulo, Pirassununga, 2016.

The dielectric characteristics of a material can be used as a non-destructive

technique to evaluate and monitor the quality as well as the understanding of the

structure-property of a material, through its dielectric properties as a function of

frequency, temperature, chemical composition of the material, among others. In

the literature there are few studies and data of dielectric characterization of films

based on biopolymers. In this context, the objective of this research was the

development and construction of an alternative instrumentation equipment on the

market, such as network and impedance analyzers, which could be used for the

dielectric characterization of biodegradable films based on gelatin. The method

of parallel plates was used to determine the real part of permittivity known as

relative permittivity or dielectric cons