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Título: Aplicação de sensores de impedância para determinação de vazão em escoamento bifásico
Título(s) alternativo(s): Application of impedance sensors for determination of the flow rate in twophase flow regime
Autor(es): Coutinho Filho, Abel Machado
Sunaga, Guilherme Yudi
Gotz, Joelton Deonei
Orientador(es): Silva, Marco José da
Palavras-chave: Sensoriamento remoto
Escoamento multifásico
Petróleo - Transporte
Indústria petrolífera
Medidores de fluxo
Automação
Remote sensing
Multiphase flow
Petroleum - Transportation
Flow meters
Petroleum, Industry and trade
Automation
Data do documento: 16-Fev-2017
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: COUTINHO FILHO, Abel Machado; SUNAGA, Guilherme Yudi; GOTZ, Deonei Joelton. Aplicação de sensores de impedância para determinação de vazão em escoamento bifásico. 2017. 77 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Controle e Automação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2017.
Resumo: Diante das perspectivas referentes ao descobrimento do Pré-Sal no Brasil, há um crescimento da demanda por tecnologias avançadas de instrumentação utilizadas na indústria petrolífera. Neste contexto, novas tecnologias de sensores têm sido desenvolvidas e disponibilizadas através de projetos de pesquisa, tendo como objetivo determinar com maior precisão e em tempo real parâmetros de monitoramento referentes à produção e ao transporte do petróleo. O presente trabalho propõe o estudo e aplicações do sensor wire-mesh, em conjunto com um tubo de Venturi, em escoamentos bifásicos, com o objetivo de estimar parâmetros individuais das fases do escoamento como fração de vazio, velocidade e vazão. Serão abordados experimentos utilizando técnicas tais como a correlação cruzada, a qual por meio de dois sensores wire-mesh dispostos na tubulação e espaçados entre si, busca-se avaliar a velocidade do gás. Tendo em vista as limitações dessa técnica diante de alguns tipos de escoamento, recorre-se ao uso do tubo de Venturi como alternativa para a continuidade da investigação proposta neste estudo. Além disso, quatro modelos baseados na equação clássica para o cálculo da vazão de escoamentos através de dispositivos deprimogênios são apresentados para o cálculo da vazão dos escoamentos bifásicos, nas condições testadas. Através de um circuito experimental, foram obtidos dados de velocidades superficiais das fases em cenários variados de um escoamento horizontal, levando em consideração o seu mapa de fluxo e desta forma viabilizando a determinação do sensor com a melhor resposta. A principal contribuição deste trabalho é, portanto, denotar os principais pontos positivos e negativos de cada dispositivo de medição de vazão avaliado e, assim, fundamentar o uso de cada um deles em cenários particulares no âmbito de escoamentos bifásicos. Como possível substituto do sensor wire-mesh, foi também preliminarmente testado um sensor em haste e sua eletrônica de operação, sendo este mais simples e menos intrusivo.
Abstract: By the discovery of Pre-Salt oil reserves in Brazil, a growing demand for advanced instrumentation found place. For instance, new sensor technology in flow rate measurement has been developed and made available through research projects, aiming to determine with greater accuracy to monitor in real time parameters related to the production and transportation of gas-oil mixtures. This work proposes the study and application of the wire-mesh sensor in conjunction with a Venturi tube applied in two-phase flows, in order to estimate individual parameters of the phases flow such as void fraction, velocity and flow rate. Data from two consecutive wire-mesh sensors installed in a pipe and cross-correlation techniques is used to estimate gas flow velocity. Since the limitations of this technique on some types of flow, we resort to the use of Venturi as an alternative for further investigation. In addition, four models from literature for the classical relationship between pressure drop and flow rate through constrictions have been implemented for the estimation of the two-phase flow rates and tested. Through an experimental flow loop, data of the superficial velocities of the phases were obtained in various scenarios of a horizontal flow, taking into account their flow map and thereby enabling the determination of the sensor with the best response. The main contribution of this study is therefore to point out the main positive and negative aspects of each flow rate measurement device tested, and thus base the use of each of them in particular conditions under two-phase flow. As a possible substitute for the wire-mesh sensor, a rod sensor and its operating electronics were also preliminarily constructed and tested, which is simpler and less intrusive than the mesh sensor.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10106
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