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CPGEI (Doutorado): Tiago Piovesan Vendruscolo-14/10/16

Defesa Pública de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 14/10/2016
das 09h00 até 13h00
Onde Sede Central: Sala de Videoconferência Bloco I - Poty
Nome do Contato Prof. Marco Jose da Silva
Participantes Prof. Marco Jose da Silva, Dr. Orientador - UTFPR
Prof. Cicero Martelli, DR. Co-orientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Marco Jose da Silva, Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Vitoldo Swinka Filho, Dr. - LACTEC
Prof. Sthener Rodrigues Vieira Campos, Dr. - PETROBRAS
Prof. Moises Alves Marcelino Neto, Dr. - UTFPR
Prof. Daniel Rodrigues Pipa, Dr. - UTFPR
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Técnicas ópticas para investigação de escoamentos multifásicos

Resumo: Escoamentos multifásicos estão presentes em diversos processos da natureza bem como em atividades industriais como em reatores químicos, plantas de geração de energia, assim como na exploração, produção e transporte de petróleo e gás. Na produção de petróleo, é comum encontrar-se escoando pelos dutos, uma mistura que pode conter duas ou mais fases compostas por óleo, gás e água, assumindo diversos padrões de escoamentos com configurações espaciais distintas. Em muitos casos o tipo de escoamento determina a eficiência e segurança dos processos e equipamentos onde ocorrem. Em função disso, várias técnicas já foram desenvolvidas para realizar a investigação experimental de escoamentos em tubulações ou componentes industriais, no entanto, no caso específico do óleo cru, poucas técnicas foram desenvolvidas devido a suas particularidades, como por exemplo, sua alta viscosidade, que em alguns casos impossibilita o uso de técnicas intrusivas, bem como, por ser uma substância isolante eletricamente não é possível o uso de algumas técnicas de medição por impedância. O uso de técnicas ópticas, como por exemplo câmera de vídeo ou sensores ópticos no espectro visível também não pode ser utilizado devido a opacidade natural do petróleo nessa faixa do espectro. No entanto, o uso de técnicas de espectroscopia óptica demonstra ser uma importante técnica para a análise de diversas substâncias devido ao fato do espectro óptico ser único para cada substância, com isso, escolhendo um comprimento de onda apropriado, é possível fazer a investigação de uma determinada substância. No caso do óleo cru, ele possui uma alta transparência na faixa do infravermelho médio e distante, o que possibilitaria sua investigação. Juntamente com a espectroscopia óptica, a tomografia óptica é uma importante técnica para a análise de escoamentos bifásicos, por ser não intrusiva e não invasiva, juntamente com uma boa resolução espacial e temporal. Com isso, foram desenvolvidos nesse trabalho dois tomógrafos ópticos na faixa do infravermelho próximo (950 nm) com o intuito de mostrar a prova de conceito dessa técnica em escoamentos bifásicos água-ar vertical e horizontal. Também foram realizados diversos testes da transmitância no infravermelho médio (MIR), e testes iniciais de tomografia óptica no petróleo. Os resultados obtidos mostram que essa é uma técnica viável para o desenvolvimento de sensores que possam realizar a investigação de escoamentos que envolvem óleo cru.
Palavras-chave: Tomografia óptica, Infravermelho médio, Escoamento bifásico.

Optical measuring techniques for the investigation of multiphase flows

Abstract: Multiphase flows are present in many processes of nature as well as in industrial activities for instance in chemical reactors, power generation plants, as well as in exploration, production and transportation of oil and gas. In oil production, it is common to find flowing in the pipelines, a mixture of two or more phases composed by oil, gas and water, assuming different flows patterns with different spatial configurations. In many cases this type of flow determines the efficiency and safety of equipment and processes where they occur. As a result, various techniques have been developed to investigate flow in pipes or industrial components. However, in the specific case of crude oil, only a few techniques have been developed and even fewer found use in industrial applications so far. The use of optical techniques, such as video camera or optical sensors in the visible spectrum cannot be used because the natural opacity of crude oil in this range of the spectrum. However, optical spectroscopy has proven an important technique for the analysis of several substances due to the fact that the optical spectrum is unique for each substance. In this way, it is possible to investigate different substances by choosing a suitable wavelength. In the case of crude oil, it presents a high transparency in the range of mid and far infrared, which allows for the development of non-invasive measuring techniques. Along with optical spectroscopy, optical tomography has proved an alternative technique for the analysis of flow. Thus, in this work two optical tomograph in the near infrared range (950 nm) were developed in order to demonstrate the feasibility of its use in the investigation of two-phase air-water flows. Several tests of light transmittance through crude oil were also conducted in mid-infrared (MIR), as well as initial test of optical tomography in crude oil. The results obtained have shown that this is a viable option for the investigation of flows involving crude oil.
Keywords: Optical Tomography, Mid-infrared, Two-phase flows.

Lista de publicações:

VENDRUSCOLO, Tiago. P. et. al. “Comparison of Optical Tomography and Wire-Mesh Sensor Applied to Visualize Two-Phase Flow”. WCIPT8 - 8th World Congress on Industrial Process Tomography Iguassu Falls, PR, Brazil, September 26 to 29, 2016.

VENDRUSCOLO, Tiago P. et. al. “Multiphase flow parameter estimation based on laser scattering”. Measurement Science & Technology, v. 26, p. 075205, 2015.

VENDRUSCOLO, Tiago P. et. al. “Mid-infrared optical tomography for imaging through petroleum: A feasibility study”. In: 2015 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC), 2015, Pisa. Italy 2015. p. 1400.

VENDRUSCOLO, Tiago. P. et. al. “Gas-liquid slug flow investigated by an optical tomography system”. In: BECEM-Brazilian Meeting of Boiling, Condensation and Multiphase Flows, 2015, Campinas.

VENDRUSCOLO, Tiago P. et. al. “Two-phase flow measurement based on oblique laser scattering”. In: Fifth Asia Pacific Optical Sensors Conference, 2015, Jeju, South Korea. p. 965541.

VENDRUSCOLO, Tiago P. et. al. “Development of NIR optical tomography system for the investigation of two-phase flows”. In: 2014 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC), 2014, Montevideo. 2014. p. 1576-1579.

VENDRUSCOLO, Tiago P. et. al. “Infrared optical tomography applied to two-phase flow monitoring”. In: OSA - Optical Sensors, 2014, Barcelona. Advanced Photonics. p. SeTh3B.6.

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