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CPGEI (Mestrado): Aluísio do Nascimento Wrasse-27/02/15

Defesa Pública de Mestrado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 27/02/2015
das 14h00 até 17h00
Onde Sede Central: Sala A-301
Nome do Contato Prof. Marco Jose da Silva
Participantes Prof. Marco Jose da Silva, Dr. Orientador UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Marco Jose da Silva, Dr. Presidente UTFPR
Prof. Marcos Santos Hara , Dr. Hi Technologies
Prof. Daniel Rodrigues Pipa, Dr. UTFPR
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Sensor capacitivo para imageamento direto de escoamentos bifásicos.

Resumo: Os escoamentos bifásicos são encontrados em diversas aplicações industriais, dentre elas na indústria do petróleo como escoamentos gás-líquido em tubulações. O conhecimento da distribuição das fases no escoamento é importante para garantir a operação eficiente e segura da planta. Na área acadêmica o conhecimento dessa distribuição de fases permite o estudo de fenômenos físicos, além de permitir o desenvolvimento, refinamento e validação de modelos. Com o intuito de medir e gerar imagens de escoamentos bifásicos já foram desenvolvidas e aplicadas diversas técnicas de medição, porém cada uma das técnicas possui limitações e é melhor aplicável em determinadas condições. Neste trabalho foi desenvolvido e investigado o uso de um novo sensor de múltiplas medidas de capacitância para o imageamento direto de escoamentos bifásicos. As medidas são baseadas na diferença na permissividade elétrica entre as fases, ou seja, o sensor pode ser aplicado mesmo com substancias não-condutivas como óleos e líquidos orgânicos. Com o intuito de aprimorar a geometria do sensor e prever seu comportamento foram realizadas simulações do comportamento elétrico do sensor pelo método dos elementos finitos. O sensor é composto por dois anéis de eletrodos, um anel é o transmissor e o outro anel é o receptor o qual é segmentado onde cada segmento é interrogado rapidamente. Desta forma as imagens são geradas e formadas pelos sinais dos eletrodos distribuídos de uma maneira a representar a geometria investigada, o que elimina a necessidade do uso de técnicas de reconstrução de imagens. O sensor é construído em uma placa de circuito impresso flexível que é acoplada na parede interna de uma seção do duto. Uma eletrônica associada é responsável por detectar as variações de capacitância. O sensor desenvolvido, em conjunto com a eletrônica utilizada, foi testado em escoamentos bifásicos estáticos e dinâmicos, horizontais e verticais. As imagens diretas foram geradas para estas diferentes situações. A contribuição deste trabalho na área de escoamentos bifásicos é a apresentação de uma nova ferramenta capaz de gerar imagens diretas de escoamentos compostos por líquidos não-condutivos sem a necessidade do uso de técnicas de reconstrução de imagens.
Palavras-chave: Escoamentos bifásicos. Sensor Capacitivo. Imageamento direto. Permissividade elétrica.

Capacitive sensor for direct imaging of two-phase flows.

Abstract: Two-phase flow is present in many industrial applications, among them in petroleum industry as gas-liquid flow in pipelines. The knowledge of the phase distribution in the pipe flow is important for the efficiency and safety of the plants. In the academia, the knowledge of this phase distribution allows the understanding of physical phenomena, as well as gives support for the development, refinement and validation of physical models. In order to measure and image two-phase flows many techniques have been developed and applied in the past, however none of them can be applied as universal technique. In this work, a novel capacitive array sensor has been developed and its use was investigated to image two-phase flow. The measuring principle is based on differences between electrical permittivity of the phases. Therefore the sensor can be applied to non-conductive substances such as oil and organic liquids. Simulations based on Finite Element Method have been performed to improve the sensor geometry and predict its electrical behavior. The sensor consists of two copper rings being one emitter and one receiver ring. Receiver ring is divided into segments which are interrogated in a fast manner. In this way, images are generated directly from acquired signals of electrodes, in a way that visually represents the investigated geometry avoiding the use of some image reconstruction technique. The sensor is fabricated in a flexible printed-circuit board which is flush-mounted inside the pipe wall. An electronic circuit is responsible to detect the capacitance changes in the electrodes. The introduced sensor and the associated electronics have been tested in static and dynamic two-phase flow, both horizontally and vertically. Direct images were generated in these different situations. The contribution of this work in two-phase flow area is the introduction of a new tool which is able to image flow (also containing electrically non-conducting fluids) without using image reconstruction techniques.
Keywords: Two-phase flow. Capacitive Sensor. Direct Imaging. Electrical Permittivitty.

Lista de publicações:

WRASSE, A. N. ; SILVA, M. J.; CASTALDO, F. C.; VENDRUSCOLO, T. P.. Capacitive array sensor for direct imaging of two-phase flow. In: 15th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering, 2014, Belém. Proceedings of ENCIT2014.


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