Transdutor a fibra ótica para monitoração de vazão em tubulações industriais
Fluid flow monitoring is essential in industrial processes. Volumetric flow measurement methods are not feasible in some applications, such as in environments subject to explosions or subject to intense electromagnetic fields. The present work shows the development of an optical fiber transducer...
| Autor principal: | Ribeiro, Joel da Silva |
|---|---|
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2019
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3910 |
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riut-1-39102019-03-01T06:01:04Z Transdutor a fibra ótica para monitoração de vazão em tubulações industriais Optical fiber transducer for flow monitoring in industrial pipes Ribeiro, Joel da Silva Silva, Jean Carlos Cardozo da http://lattes.cnpq.br/9949032159595994 Silva, Marco José da http://lattes.cnpq.br/3660493864159835 Silva, Jean Carlos Cardozo da Santos, Eduardo Nunes dos Rambo, Marcos Vinicio Haas Dreyer, Uilian José Detectores ópticos Medidores de fluxo Escoamento bifásico Escoamento multifásico Transdutores Calibração Tubulação Controle de processo Métodos de simulação Optical detectors Flow meters Two-phase flow Multiphase flow Transducers Calibration Piping Process control Simulation methods CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::MEDIDAS ELETRICAS, MAGNETICAS E ELETRONICAS INSTRUMENTACAO Engenharia Elétrica Fluid flow monitoring is essential in industrial processes. Volumetric flow measurement methods are not feasible in some applications, such as in environments subject to explosions or subject to intense electromagnetic fields. The present work shows the development of an optical fiber transducer for flow measurement in industrial pipes. The force created by the displacing fluid results in the tubular cantilever deformation, within which are adhered four optical fibers, two as a sensor element using Fiber Bragg Grating and two to ensure the optimal geometrical positioning of FBGs. The flow rate is obtained by monitoring the two wavelengths difference of each FBG, which also corrects the cross sensitivity trouble of sensor temperature and strain. Furthermore, the use of clamps adds another strong point to the sensor as it allows easy installation and maintenance on industrial pipes. Static and dynamic tests were performed for transducer calibration and validation. The highest sensitivity in Transducer 1 dynamic calibration is 14,7 pm⁄mh³ ± 2,9 pm(t95% = 2,0) and Transducer 2, 19,2 pm⁄mh³ ± 4,5 pm(t95% = 2,0). For the static calibration the Transducer 1 highest sensitivity is 2,34 nm⁄N ± 31 pm(t95% = 2,1) and Transducer 2, 3,2 nm⁄N ± 35 pm(t95% = 2,1). The difference in sensitivity between the transducers is due to the rotation to the probe of Transducer 1 during the drying period of the epoxy adhesive.The transducer was able to measure flow rate in the range of 0,5 m³⁄h to 6,0 m³⁄h. Furthermore, the gas-liquid flow. There are several advantages of using optical fibers such as flow rate sensors and the development of robust devices allows them to be used in an aggressive industrial environments. Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná Secretaria da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior (SETI) Monitoramento da vazão de fluidos é essencial em processos industriais. Métodos de medição de vazão volumétrica tradicionais não são viáveis em algumas aplicações, como, por exemplo, em ambientes sujeitos a explosões ou sujeitos a campos eletromagnéticos intensos. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um transdutor a fibra ótica para medição de escoamento em tubulações industriais. A força criada pelo fluido em deslocamento resulta na deformação do cantilever tubular, no interior do qual estão coladas quatro fibras óticas, duas como elemento sensor, utilizando redes de Bragg, e duas para garantir o correto posicionamento das redes. A vazão é obtida monitorando a diferença dos dois comprimentos de onda de cada FBG, o que corrige também o problema da sensibilidade cruzada de temperatura e de deformação dos sensores. Além disso, o uso de abraçadeiras agrega outro ponto forte ao sensor, pois permite a fácil instalação e manutenção em tubulações industriais. Foram realizados ensaios estáticos e dinâmicos a fim de calibrar e validar o transdutor. A maior sensibilidade na calibração dinâmica do Transdutor 1 é de 14,7 pm⁄mh³ ± 2,9 pm(t95% = 2,0) e do Transdutor 2 de 19,2 pm⁄mh³ ± 4,5 pm(t95% = 2,0). Para a calibração estática, a maior sensibilidade do Transdutor 1 é de 2,34 nm⁄N ± 31 pm(t95% = 2,1) e do Transdutor 2 de 3,2 nm⁄N ± 35 pm(t95% = 2,1). A diferença de sensibilidade entre os transdutores deve-se à rotação da sonda do Transdutor 1 durante o período de secagem da cola epóxi. O transdutor foi capaz de medir vazão na faixa de 0,5 m³⁄h a 6,0 m³⁄h, além de caracterizar escoamento gás-liquido. Diversas são as vantagens de utilizar fibras óticas como sensores de vazão e o desenvolvimento de dispositivos robustos permite sua utilização em ambientes agressivos como os industriais. 2019-02-28T12:42:29Z 2019-02-28T12:42:29Z 2018-12-07 masterThesis RIBEIRO, Joel da Silva. Transdutor a fibra ótica para monitoração de vazão em tubulações industriais. 2018. 69 f. Dissertação (Mestrado em Sistemas de Energia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3910 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia UTFPR |
| institution |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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Fluid flow monitoring is essential in industrial processes. Volumetric flow measurement
methods are not feasible in some applications, such as in environments subject to
explosions or subject to intense electromagnetic fields. The present work shows the
development of an optical fiber transducer for flow measurement in industrial pipes.
The force created by the displacing fluid results in the tubular cantilever deformation,
within which are adhered four optical fibers, two as a sensor element using Fiber Bragg
Grating and two to ensure the optimal geometrical positioning of FBGs. The flow rate
is obtained by monitoring the two wavelengths difference of each FBG, which also
corrects the cross sensitivity trouble of sensor temperature and strain.
Furthermore, the use of clamps adds another strong point to the sensor as it allows
easy installation and maintenance on industrial pipes. Static and dynamic tests were
performed for transducer calibration and validation. The highest sensitivity in
Transducer 1 dynamic calibration is 14,7 pm⁄mh³ ± 2,9 pm(t95% = 2,0) and Transducer 2,
19,2 pm⁄mh³ ± 4,5 pm(t95% = 2,0). For the static calibration the Transducer 1 highest
sensitivity is 2,34 nm⁄N ± 31 pm(t95% = 2,1) and Transducer 2, 3,2 nm⁄N ± 35 pm(t95% =
2,1). The difference in sensitivity between the transducers is due to the rotation to the
probe of Transducer 1 during the drying period of the epoxy adhesive.The transducer
was able to measure flow rate in the range of 0,5 m³⁄h to 6,0 m³⁄h. Furthermore, the
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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RIBEIRO, Joel da Silva. Transdutor a fibra ótica para monitoração de vazão em tubulações industriais. 2018. 69 f. Dissertação (Mestrado em Sistemas de Energia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018. |
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