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Doutorado - Jean Paulo Nakatu Longo

por dirppg-ct publicado 20/02/2020 09h45, última modificação 20/02/2020 09h45
Sensores para detecção de hidratos por espectroscopia de impedância elétrica
Quando
13/03/2020
de 13h00 até 16h00
(America/Sao_Paulo / UTC-300)
Onde
Sede Ecoville: Sala EN100 - auditório bloco N
Pessoa de contato
Orientador(a): Prof. Marco José da Silva
Participantes
Orientador(a): Prof. Marco José da Silva, Dr. - UTFPR
Coorientador(a): Prof. Rigoberto Eleazar Melgarejo Morales, Dr. - UTFPR
Banca examinadora:
Presidente: Prof. Marco José da Silva, Dr. - UTFPR
Prof. Jean Carlos C. da Silva, Dr. - UTFPR
Prof. Flavio Neves Junior, Dr. - UTFPR
Prof. Fernando Rangel de Sousa, Dr. - UFSC
Prof. Amadeu Kun Wan Sum, Dr. - CSM
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Resumo: Sensores de impedância, nos quais a substância em análise causa uma variação em uma propriedade elétrica do sensor como resistência ou capacitância, são aplicados nesse trabalho para monitorar fluidos em processos industriais. No campo de produção de petróleo e gás, uma necessidade atual é a monitoração da formação e crescimento de hidratos, que são estruturas cristalinas, as quais podem se formar nas linhas de produção em determinadas condições de pressão e temperatura. Tais substâncias podem interromper a produção causando riscos e/ou aumentando os custos. No cenário atual de instrumentação industrial, não existe uma técnica de detecção estabelecida para a monitoração da formação de hidratos em oleodutos, sendo assim, nesse trabalho a espectroscopia de impedância elétrica será aplicada para esse propósito, uma vez que é uma técnica robusta, simples e de baixo custo, na qual a assinatura elétrica de cada substância em análise é avaliada. Além do uso de uma célula sensora comercial, um sensor dedicado foi projetado e construído baseado na geometria de placas côncavas com o objetivo de ser aplicado em oleodutos. Aliada a medições de impedância de 40 Hz a 5 MHz, a formação e crescimento de sólidos foi monitorada. Inicialmente experimentos estáticos foram conduzidos com substâncias conhecidas para a calibração do sensor, depois experimentos com água congelando foram realizados, uma vez que o gelo tem muitas similaridades com hidratos. Finalmente, um experimento preliminar usando uma substância modelo (tetrahidrofurano) foi conduzido para a formação de hidratos. Assim, a espectroscopia de impedância é uma técnica promissora a ser aplicada em processos de fluxo para auxiliar no monitoramento de hidratos.
Palavras-chave: Sensor de impedância. Formação de hidratos. Garantia de escoamento.

Sensors for hydrates detection based on electrical impedance spectroscopy
Abstract: Impedance sensors, in which the measurand causes a variation of an electrical sensor property such as resistance or capacitance, are applied in this work to monitor fluids in industrial processes. In the field of oil and gas production, a current need is to monitor the formation and growth of hydrates. Hydrates are solid crystalline structures, which may form in the oil stream under certain pressure and temperature conditions. Such hydrates may disrupt the production causing risks and/or increasing productions costs. In the current industrial instrumentation scenario, there is no established detection technique for monitoring the formation of hydrates within the pipelines. In this work, electrical impedance spectroscopy will be applied for this purpose, which is a robust, simple and low-cost technique. Hence, the electrical signature of each substance under analysis is evaluated. Besides the use of commercial sensing cell, a dedicated sensor was designed and constructed based on a concave plates geometry with the aim to be applied in pipes. Allied to impedance measurements in the range 40 Hz to 5 MHz, the formation and growth of solids was monitored. Initially static experiments were carried out with known substances for sensor calibration. Water freezing experiments were also performed, since ice has several similarities with hydrates. Finally, an experiment using a model substance (Tetrahydrofuran) was performed for hydrate formation. Thus, impedance spectroscopy is a promising technique to be applied in flow processes to help in monitoring hydrates.
Keywords: Impedance sensor. Impedance spectroscopy. Hydrates formation. Flow assurance.


Lista de publicações:

LONGO, JEAN PAULO NAKATU; GALVAO, JOSE RODOLFO ; CARDOZO DA SILVA, JEAN CARLOS ; MARTELLI, CICERO ; MORALES, RIGOBERTO E. M. ; JOSE DA SILVA, MARCO . Dual sensor for simultaneous measurement of electrical impedance and temperature during ice formation process. In: 2017 2nd International Symposium on Instrumentation Systems, Circuits and Transducers (INSCIT), 2017, Fortaleza. 2017 2nd International Symposium on Instrumentation Systems, Circuits and Transducers (INSCIT), 2017. p. 1.

LONGO, JEAN PAULO NAKATU; LEITZKE, JULIANA PADILHA ; MORALES, RIGOBERTO E.M. ; DA SILVA, MARCO JOSE . Simple measuring system for impedance spectroscopy analysis of fluids. In: 2016 1st International Symposium on Instrumentation Systems, Circuits and Transducers (INSCIT), 2016, Belo Horizonte. 2016 1st International Symposium on Instrumentation Systems, Circuits and Transducers (INSCIT), 2016. p. 77.

LONGO, J. P. N.; GALVAO, J. R.; DOS SANTOS, E. N.; SILVA, J. C. C.; MARTELLI, C.; SUM, A. K.; MORALES, R. E. M.; DA SILVA, M. J. Sensing hydrates in pipes by a combined electrical and optical fiber sensor. IEEE Sensors Journal.
DOI: 10.1109/JSEN.2020.2966086