Sensores de Nível de Interface Água-Óleo em Fibra Óptica Baseados em Grades de Bragg
Nome: FABIO GIESEN LUDKE
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 27/05/2020
Orientador:
Nome |
Papel |
|---|---|
| ANSELMO FRIZERA NETO | Co-orientador |
| MARIA JOSE PONTES | Orientador |
Banca:
| Nome |
Papel |
|---|---|
| ADILSON RIBEIRO PRADO | Examinador Externo |
| ANSELMO FRIZERA NETO | Coorientador |
| ARNALDO GOMES LEAL JÚNIOR | Examinador Interno |
| MARIA JOSE PONTES | Orientador |
Resumo: Esta dissertac~ao apresenta o estudo e aplicac~ao de sensores baseados em grades de Bragg em bra (FBG - Fiber Bragg Grating) na medic~ao do nvel de interface formada entre agua e oleo em um tanque. Atraves de diafragmas feitos de borracha industrial, que possuem um segmento de bra optica com a grade de Bragg gravada, e possvel realizar a medic~ao de nvel de interface devido a variac~ao de press~ao em cada diafragma ocasionada pela variac~ao do nvel de interface. Os sensores desse tipo n~ao s~ao condutores eletricos, s~ao resistentes a interfer^encia eletromagnetica (EMI - Electromagnetic Interference) e n~ao causam riscos
em um ambiente explosivo, pois como propagam luz em seu interior, n~ao causam explos~ao. As tecnicas de gravac~ao de grades de Bragg por Mascara de Fase e gravac~ao direta foram utilizadas nos sensores. Com isso, utilizando um espectr^ometro, pode-se analisar o espectro da luz acoplada nesse dispositivo. As analises s~ao realizadas a partir do acompanhamento das frequ^encias centrais para cada FBG utilizada que, com a deformac~ao sofrida, provoca deslocamentos proporcionais ao nvel da interface entre os uidos distintos, por exemplo agua e oleo. Isso ocorre porque a agua e o oleo possuem densidades diferentes e dependendo
do nvel de cada uido que esta no tanque, os diafragmas que contem as FBG sofrer~ao menor ou maior deformac~ao devido a variac~ao de press~ao hidrostatica e provocar~ao a variac~ao das frequ^encias centrais das FBGs. Os principais materiais utilizados na produc~ao dos sensores aqui estudados s~ao a bra optica de slica, poliuretano termoplastico e a borracha nitrlica. A borracha nitrlica possui uma alta durabilidade ao petroleo e derivados. Desenvolveu-se a metodologia de produc~ao dos sensores em grades de Bragg com diafragmas impressos
em impressora 3D e produzidos atraves da vulcanizac~ao da borracha nitrlica. O sensor desenvolvido atraves da vulcanizac~ao de diafragmas de borracha nitrlica com FBG, foi produzido utilizando um sistema de prensa hidraulica com controle de temperatura. No caso dos testes com os diafragmas impressos em impressora 3D, observa-se a in u^encia
causada pela variac~ao da espessura do diafragma. Essa variac~ao n~ao altera a linearidade do sistema, mas sua sensibilidade. Uma sensibilidade de 7,5pm / kPa e 5,2 pm / kPa para o diafragma de 1,2 mm e 2 mm, respectivamente, foi determinada experimentalmente. O intervalo de medic~ao desse sensor de nvel de interface varia de 0 a 78 cm. Nos testes com os diafragmas de borracha nitrlica, foi possvel identicar o nvel de interface entre agua e oleo. Como resultado, obteve-se uma equac~ao onde e possvel medir a interface do sistema de acordo com a variac~ao de deformac~ao dos diafragmas, mostrando que e possvel utilizar esse sistema para futuramente produzir um produto. A resoluc~ao de sistema e de 2 casas decimais, aproximadamente 0,01 cm. Para nveis de interface variando entre 0 cm e 78 cm, o desvio padr~ao variou de 0,13 a 0,28, respectivamente. As diferencas medias calculadas
para nveis de interface variando entre 0 cm e 78 cm, o desvio padr~ao variou de 1,09 a 0,43, respectivamente.
Palavras-chave: Diafragma. Sensor. Fibra Optica. Redes de Bragg.
