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CPGEI (Doutorado) Gustavo Rafael Collere Possetti-15/03/13

Defesa Pública de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 15/03/2013
das 14h30 até 17h30
Onde Sala de Defesas C301
Nome do Contato Prof. José Luís Fabris
Participantes Prof. José Luís Fabris, Dr. Orientador - UTFPR
Prof. Marcia Muller, Dr. Coorientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. José Luís Fabris, Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Carlos Itsuo Yamamoto, Dr. - UFPR
Prof. Valeriy Denyak, Dr. - IPPPP
Prof. Júlio César Rodrigues de Azevedo, Dr. - UTFPR
Prof. Marlos de Oliveira Ribas, Dr. - UTFPR
Profa. Rita Zanlorensi Visneck Costa, Dr. - UTFPR
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Sensores em fibra ótica para avaliação de combustíveis líquidos

Resumo: Neste trabalho é apresentado um estudo sobre a aplicabilidade de sensores em fibra ótica baseados em redes de período longo como ferramentas para avaliar combustíveis líquidos. O estudo pautou-se em investigação experimental e no levantamento das principais características metrológicas dos sensores, incluindo a estimativa de incertezas segundo diretrizes recomendadas por organizações internacionais de padronização. Nesse sentido, investigou-se o desempenho dos sensores na determinação do teor de etanol presente em misturas etanol-gasolina. Os resultados obtidos mostraram que é possível determinar concentrações de etanol de até 0,14 % v/v, com incerteza expandida de ± 2,00 % v/v. Adicionalmente, avaliaram-se os comportamentos dos sensores na identificação do teor de etanol em misturas etanol-água e propuseram-se dois métodos para que tais determinações fossem unívocas para toda a faixa de concentração de etanol. Constatou-se que teores de etanol de até 0,17 % v/v podem ser detectados em tais misturas, com incerteza expandida de ± 3,08 % v/v e com erro quadrático médio máximo de 0,22 % v/v. Os sensores foram ainda empregados nas avaliações de biodiesel, de óleo de origem e de óleo diesel presentes em misturas binárias e homogêneas. Para tanto, três métodos foram desenvolvidos com o intuito de superar as limitações impostas pelos elevados índices de refração dessas substâncias, possibilitando quantificações sem demandar segregação de componentes ou fibras óticas especiais. Dessa maneira, viabilizou-se a identificação de teores de biodiesel de até 0,05 % v/v em misturas biodiesel-óleo diesel, com incerteza expandida de ± 2,60 % v/v. Por fim, implementou-se um método de interrogação de redes de período longo a partir da leitura de sinais de reflexão disponibilizados por uma rede de Bragg, o qual foi utilizado para avaliar misturas contendo óleo de origem e biodiesel. Estimou-se que teores de óleo menores que 0,10 % v/v podem ser detectados nessas misturas, com incerteza expandida de ± 2,27 % v/v.
Palavras-chave: Sensor em fibra ótica. Rede de período longo. Combustível líquido. Metrologia.

Optical fiber sensor for liquid fuel assessment

Abstract: This work shows a study about the applicability of optical fiber sensors based on long period gratings as tools for assessment of liquid fuels. The study was based on both experimental research and surveying the main metrological characteristics of the sensors, including the estimative of uncertainties according to guidelines recommended by international standard organizations. In a sense, it was evaluated the sensors performance for determining the ethanol concentration in ethanol-gasoline blends. The results obtained showed that is possible to determine ethanol concentrations of 0.14 % v/v, with expanded uncertainty of ± 2.00 % v/v. The use of the sensors to measure ethanol in ethanol-water blends was also investigated and two methods were proposed to establish the ethanol content without ambiguity for the whole ethanol concentration range. It was found that ethanol concentrations of 0.17 % v/v can be detected in ethanol-water blends, with expanded uncertainty of ± 3.08 % v/v and with maximum mean squared error of 0.22 % v/v. Optical fiber sensors were also employed for evaluating biodiesel, vegetable oil and petrodiesel concentrations in binary and homogeneous mixtures. For that, three methods were developed in order to overcome the limitations imposed by high refractive indices of these substances, allowing quantifications without requiring segregation of components or special optical fibers. Then, biodiesel concentrations up to 0.05 % v/v could be detected in biodiesel-petrodiesel blends, with expanded uncertainty of ± 2.60 % v/v. Finally, an alternative method to interrogate long period gratings from the reading of reflective signals provided by a fiber Bragg grating was implemented to evaluate mixtures of vegetable oil and biodiesel. The results showed that oil concentrations of 0.10 % v/v could be detected in oil-biodiesel blends, with expanded uncertainty of ± 2.27 % v/v.
Keywords: Optical fiber sensor. Long-period grating. Liquid fuel. Metrology.

Lista de publicações:
POSSETTI, G. R. C.; TERADA, G. G.; DACIUK, R. J.; OFUCHI, C. Y.; NEVES JUNIOR, F.; ARRUDA, L. V. R.; MULLER, M.; FABRIS, J. L. Heterogeneous sensor system for ethanol concentration measurement. Measurement Science and Technology, submetido, 2013.
POSSETTI, G. R. C.; KAMIKAWACHI, R. C.; MULLER, M.; FABRIS, J. L. Thermally assisted optical fiber sensor for concentration measurement of oil-biodiesel blends. Sensors, submetido, 2013.
POSSETTI, G. R. C.; KAMIKAWACHI, R. C.; MULLER, M.; FABRIS, J. L. Sensing ethanol-blended gasoline: a metrological perspective. Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, 2013.
POSSETTI, G. R. C.; KAMIKAWACHI, R. C.; MULLER, M.; FABRIS, J. L. Metrological evaluation of optical fiber grating-based sensors: an approach towards the standardization. Journal of Lightwave Technology, v. 30, n. 8, p. 1042-1052, 2012.
POSSETTI, G. R. C.; CAMILOTTI, E.; MULLER, M.; FABRIS, J. L. Long Period Grating Transducer for Measurement of Ethanol Concentration in Water Solution. Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, v. 8, p. 17S - 25S, 2009.
POSSETTI, G. R. C.; KAMIKAWACHI, R. C.; PREVEDELLO, C. L.; MULLER, M.; FABRIS, J. L. Salinity measurement in water environment with a long period grating based interferometer. Measurement Science and Technology, v. 20, 034003, 2009.
FABRIS, J. L.; MULLER, M.; POSSETTI, G. R. C.; KAMIKAWACHI, R. C.; KAWANO, M. S.; CARDOSO, T. K. M.; HEIDEMANN, B. R. Processos baseados em sensores intrínsecos à fibra ótica para avaliação da qualidade do biodiesel e do óleo diesel, protocolo 015110000320, 2011.
POSSETTI, G. R. C.; LOURENCO JR., I.; KAMIKAWACHI, R. C.; MULLER, M.; FABRIS, J. L. Uncertainties evaluation in optical fiber grating sensor measurements. In: 21st International Conference on Optical Fiber Sensors, 2011, Otawa - Canadá. Proc. of SPIE, v. 7753. p. 775395-1, 2011.
POSSETTI, G. R. C.; TERADA, G. G.; DACIUK, R. J.; OFUCHI, C. Y.; NEVES JUNIOR, F.; ARRUDA, L. V. R.; MULLER, M.; FABRIS, J. L. Heterogeneous measurement system based on optical fiber and ultrasonic sensors to determine ethanol concentration. In: IEEE Sensors 2011 Conference, 2011, Limerick - Irlanda. IEEE Catalog Number: CFP11SEN-CDR, p. 1169-1172, 2011.
POSSETTI, G. R. C.; MULLER, M.; FABRIS, J. L. Refractometric optical fiber sensor for measurement of ethanol concentration in ethanol-gasoline blend. In: 2009 SBMO/IEEE MTT-S International Microwave & Optoelectronics Conference (IMOC 2009), Belém -Pará. IEEE Catalog Number: CFP09SBM-CDR, Library of Congress: 2009909577, p. 616 – 620, 2009.

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