Sensor capacitivo para imageamento direto de escoamentos bifásicos
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 al...
| Autor principal: | Wrasse, Aluísio do Nascimento |
|---|---|
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2015
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| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1152 |
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riut-1-11522015-05-19T06:00:41Z Sensor capacitivo para imageamento direto de escoamentos bifásicos Wrasse, Aluísio do Nascimento Silva, Marco Jose da Escoamento bifásico Detectores - Desenvolvimento Capacitadores Medição Processamento de imagens Método dos elementos finitos Engenharia elétrica Two-phase flow Detectors - Development Capacitors Mensuration Image processing Finite element method Electric engineering 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 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 the difference between electrical permittivity of the phases. Therefore the sensor can be applied to electrically non-conductive substances such as oil and organic liquids. Several 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 individually interrogated by the measuring electronics in a fast and multiplexed manner. In this way, images are directly generated 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. A measuring electronics is responsible to detect the capacitance changes in the electrodes. The introduced sensor along with the associated electronics has been tested in static and dynamic two-phase flow, both horizontally and vertically. Direct images were generated in these different situations showing satisfactory results when compared to a reference sensor. Main contribution of this work is the introduction of a new measuring tool which is able to image flow (also containing electrically non-conducting fluids) with no need to apply image reconstruction techniques. ANP; FINEP; MCT 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 de plantas e equipamentos. 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 de escoamento. 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 para investigação de substâncias 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 individualmente interrogado por uma eletrônica de forma rápida e multiplexada. 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, apresentando resultados satisfatórios quando comparado com um sensor de referência. A principal contribuição deste trabalho 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. 2015-05-18T22:36:21Z 2015-05-18T22:36:21Z 2015-02-27 masterThesis WRASSE, Aluísio do Nascimento. Sensor capacitivo para imageamento direto de escoamentos bifásicos. 2015. 81 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2015. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1152 por application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
| institution |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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RIUT |
| language |
Português |
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Escoamento bifásico Detectores - Desenvolvimento Capacitadores Medição Processamento de imagens Método dos elementos finitos Engenharia elétrica Two-phase flow Detectors - Development Capacitors Mensuration Image processing Finite element method Electric engineering |
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Escoamento bifásico Detectores - Desenvolvimento Capacitadores Medição Processamento de imagens Método dos elementos finitos Engenharia elétrica Two-phase flow Detectors - Development Capacitors Mensuration Image processing Finite element method Electric engineering Wrasse, Aluísio do Nascimento Sensor capacitivo para imageamento direto de escoamentos bifásicos |
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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 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 the difference between electrical permittivity of the phases. Therefore the sensor can be applied to electrically non-conductive substances such as oil and organic liquids. Several 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 individually interrogated by the measuring electronics in a fast and multiplexed manner. In this way, images are directly generated 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. A measuring electronics is responsible to detect the capacitance changes in the electrodes. The introduced sensor along with the associated electronics has been tested in static and dynamic two-phase flow, both horizontally and vertically. Direct images were generated in these different situations showing satisfactory results when compared to a reference sensor. Main contribution of this work is the introduction of a new measuring tool which is able to image flow (also containing electrically non-conducting fluids) with no need to apply image reconstruction techniques. |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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2015 |
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WRASSE, Aluísio do Nascimento. Sensor capacitivo para imageamento direto de escoamentos bifásicos. 2015. 81 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2015. |
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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1152 |
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