Adriana Bonilla Riaño. Sensor capacitivo de alta resolução espacial

Sensor capacitivo de alta resolução
espacial e temporal para
tomografia de escoamentos líquidolíquidolíquido
Adriana Bonilla Riaño
Bolsista Capes
Orientador: Dr. Antonio Bannwart
Co- orientador: Dr. Oscar M. H. Rodriguez
Abril 12 de 2013
*
I. D.=26 mm
Redução de atrito de 25% com respecto à fase de água
Hipóteses: Presencia de filme de água perto da parede
do tubo
Uws=2,0 m/s , Uos=1,5 m/s, viscosidade oleo 220 mPa.s
3
Oleo pesado (2000 mPa.s e 950 kg/m3 at 35 °C) e água.
Redução de atrito e aumento da produção devido ao
filme de água ao redor do óleo.
Tubo de 21 mm de
policarbonato
Viscosidade do óleo
500-800 mPa.s
5
From Grassi et al (2008)
*
Estudo de escoamento anular ar-água
Tubo de 2” de diâmetro e comprimento12m
320 Receptores (pontos de medição) 10 transmissores (32 medidas
na circunferência do tubo )
Resolução espacial 4.9mmx19.5mm
Resolução temporal (5000 Hz)
Belt e Prasser (2010)
Espessura máxima 3000 µm
Belt e Prasser (2010)
3.12 mm
1024 pontos de medida
Resolução temporal 10000 Hz
Resolução espacial 3.12mm × 3.12 mm
Testado e apropriado para ondas de grande espessura (com pequeno filme base)
em canal vertical
Espessura máxima 600 µm
Damsohn e Prasser (2009)
1024 pontos de medida
Resolução temporal 10000 Hz
2 mm
Resolução espacial 2mm × 2 mm
Testado e apropriado para ondas de grande e pequeno comprimento (com
filme de base grosso) em canal horizontal
Espessura máxima 700 µm
Espessura mínima 100 µm
Damsohn e Prasser (2009)
Damsohn e Prasser (2009)
Tiwari e Prasser (2012) Não publicado
Primer grupo de sensores:
Resolução espacial: 2mmx2mm
Espessura máxima 700 µm
Segundo grupo de sensores:
Resolução espacial: 4mmx4mm
Mide espessuras entre 400 µm e 1300 µm
Tercer grupo de sensores:
Resolução espacial: 6mmx6mm
Mide espessuras entre 1000 µm e 3500
µm.
Resolução temporal 3200 Hz
Sensor
1 Belt
Resolução
espacial
Resolução
Temporal
(frames/s)
Numero de
pontos de
medida
Espessura
mínima e
máxima (µm)
4.9mmx19.5m
m
5000
320 0
3000
2 Damsohn
3.2mmx3.2mm
10000
1024 0
600
3 Damsohn
2mmx2mm
10000
1024 100
700
4 Tiwari
2mmx2mm
4mmx4mm
6mmx6mm
3200
2496 100-700
624 400-1300
80 1000-3500
* 1024 pontos de medida
* Resolução espacial 2mm x 1mm
* Resolução temporal 15000 HZ
* Espessura máxima 750 µm
Thiele et al (2009)
a1i ci4 + a2i ci3 + a3i ci2 + a4i ci + a5i
δi =
( ci − b1 ) (ci − b2 )
*
Experimentos en horizontal e em vertical
Óleo de silicone 10 mPa.S e água
Caracteristicas do sensor usado
D im e n s io n le s s C u rre n t [-]
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
200
400
600
Film Thickness [µm]
800
1000
Experimentos estáticos canal horizontal
10
10
20
30
40
50
0
0
100
200
300
400
500
600
0
100
20
200
30
300
40
400
Oleo 5ml – Agua 35ml
Espessura média 141.03µm
40
50
60
100
200
300
400
500
600
700
Oleo 5ml – Agua 40 ml
Espessura média 136.64µm
50
500
30
700
Oleo 5ml – Agua 25ml
Espessura média 235.88µm
10
20
60
10
60
600
700
0
100
20
200
30
300
40
400
50
500
Oleo 10ml – Agua 40ml
Espessura média 129.77µm
60
600
700
Experimentos canal vertical
Test
Teste 1 até 8
Teste 9 até 16
Teste 17 até 24
Co (mL)
5
Cw (mL)
400
10
400
100
100
Experimentos canal vertical
10
0
100
10
0
100
20
200
30
300
40
400
50
500
60
600
Oleo 5ml - Agua 400ml
Posição dos micrômetros 500um
20
200
30
300
40
400
50
500
700
60
600
Oleo 10ml - Agua 400ml
Posição dos micrômetros 700um
700
Experimentos canal vertical
10
0
100
20
200
30
300
40
400
50
500
60
600
Oleo 100ml - Agua 100ml
Posição dos micrômetros 200um
700
Simulações de campo elétrico
Perspectivas
* Medição da espessura do filme com câmera de alta
velocidade.
* Determinar experimentalmente e por médio de
simulações de campo elétrico a espessura do filme
máxima medível com o sensor planar e medidas de
permissividade.
* Propor um processo de calibração do sensor para
medidas da permissividade.
* Testar sensor planar na linha de 2” usando a eletrônica
da WM capacitiva.
* Otimizar a geometria do sensor para a aplicação em
escoamentos liquido-liquido (óleo - água)
Bibliografia
* B. Grassi, D. Strazza, P. Poesio. Experimental
validation of theoretical models in two-phase
high-viscosity ratio liquid–liquid flows in
horizontal and slightly inclined pipes. Int. J.
Multiphase Flow, 34 (10) (2008)
* R.J. Belt, J.M.C. Van’t Westende, H.M. Prasser,
and L.M. Portela, “Time and spatially resolved
measurements of interfacial waves in vertical
annular flow,” International Journal of
Multiphase Flow, vol. 36, Jul. 2010.
* M. Damsohn and H.M. Prasser, “High-speed liquid
film sensor with high spatial resolution,”
Measurement Science and Technology, vol. 20,
Nov. 2009.
Grossmünster, Zurique