Sistema de medição capacitivo para determinação da fração de vazio em escoamentos bifásicos

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Libert, Nikolas
• Orientador(a): Silva, Marco José da
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
• Palavras-chave em Português: Escoamento bifásico - Medição; Capacitadores; Detectores; Software - Desenvolvimento; Método dos elementos finitos; Simulação (Computadores); Two-phase flow - Measurement; Capacitors; Detectors; Computer software - Development; Finite element method; Computer simulation
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/595

Além de estarem presentes na natureza, os escoamentos bifásicos possuem ampla aplicação industrial, sendo encontrados nas áreas química, nuclear, de geração de energia, petrolífera e espacial, onde escoamentos do tipo gás-líquido são os mais comuns. Eles são caracterizados pelo fluxo de duas substâncias imiscíveis, denominadas fases, em um sistema. A caracterização e o estudo destes escoamentos são importantes tanto na realização de projetos, quanto no monitoramento e controle de plantas aonde eles ocorrem. Um dos parâmetros utilizados na caracterização é a fração de vazio, que indica a proporção de gás em escoamentos gás liquido. As fases de um escoamento possuem diferentes propriedades elétricas, como condutividade e permissividade. Dessa forma, caso placas condutoras sejam dispostas ao redor de uma tubulação, pode ser formado um capacitor cuja capacitância dependa das características da mistura que escoa. O objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de um sensor capacitivo não invasivo para determinação de fração de vazio em escoamentos bifásicos. Este trabalho apresenta a montagem dos eletrodos, o desenvolvimento de um hardware para detecção de variações na capacitância dos eletrodos e o desenvolvimento de um software para leitura das medições do hardware. A resposta do sensor desenvolvido não depende apenas da proporção volumétrica das fases em seu interior, mas também do padrão de escoamento, ou seja, da forma como elas estão distribuídas. Devido a isso, a resposta do sensor foi avaliada para diversos padrões de escoamento através de simulações do campo elétrico pelo método dos elementos finitos. Com base nos resultados das simulações e nas medidas da eletrônica desenvolvida, valores de fração de vazio foram obtidos para escoamentos ar água em bancadas de teste. Resultados obtidos mostram o bom desempenho do sistema capacitivo desenvolvido, o qual pode ser aplicado em estudos aprofundados do escoamento bifásico.