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Escola de Engenharia de São CarlosUNIVERSIDADE SÃO PAULO
ÉÉSENSOR DE ANÉIS E HELICES SENSOR DE ANÉIS E HELICES NÃO INTRUSIVOS PARANÃO INTRUSIVOS PARANÃO INTRUSIVOS PARA NÃO INTRUSIVOS PARA MEDIDAS DE FRAÇÃO MEDIDAS DE FRAÇÃO
ÉÉVOLUMÉTRICA “IN SITU” EM VOLUMÉTRICA “IN SITU” EM ESCOAMENTOS BIFÁSICOS EESCOAMENTOS BIFÁSICOS EESCOAMENTOS BIFÁSICOS E ESCOAMENTOS BIFÁSICOS E
TRIFÁSICOS TRIFÁSICOS (parte 2)(parte 2)
Autores: Israel FrankAutores: Israel FrankM l C tM l C tMarcelo CastroMarcelo Castro
Escola de Engenharia de São CarlosUNIVERSIDADE SÃO PAULO
OBJETIVOSOBJETIVOSOBJETIVOSOBJETIVOS
Mudanças na Montagem ExperimentalMudanças na Montagem ExperimentalCircuito Eletrônico;Circuito Eletrônico;Circuito Eletrônico;Circuito Eletrônico;Cabos Coaxiais de Conexão;Cabos Coaxiais de Conexão;Fluidos Utilizados para MedidaFluidos Utilizados para MedidaFluidos Utilizados para Medida.Fluidos Utilizados para Medida.
Procedimentos Adotados de Calibração Procedimentos Adotados de Calibração Aferição das Placas de Orifício (água e ar);Aferição das Placas de Orifício (água e ar);Aferição das Placas de Orifício (água e ar);Aferição das Placas de Orifício (água e ar);Sensor Diferencial de Pressão;Sensor Diferencial de Pressão;Circuitos Eletrônicos;Circuitos Eletrônicos;Circuitos Eletrônicos;Circuitos Eletrônicos;Calibração Dinâmica dos Sensores.Calibração Dinâmica dos Sensores.
Email: ifsalmeida@yahoo.com.brEmail: ifsalmeida@yahoo.com.br 22
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OBJETIVOSOBJETIVOSOBJETIVOSOBJETIVOS
––Programas Utilizados em LabView®Programas Utilizados em LabView®–– Aquisição de Sinal;Aquisição de Sinal;–– Tratamento do Sinal;Tratamento do Sinal;–– Determinação de Frações TrifásicasDeterminação de Frações Trifásicas–– Determinação de Frações Trifásicas.Determinação de Frações Trifásicas.
Email: ifsalmeida@yahoo.com.brEmail: ifsalmeida@yahoo.com.br 33
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Montagem ExperimentalMontagem Experimental(Circuito Eletrônico)( )
Caracterização do CircuitoCaracterização do CircuitoExcitação;Excitação;Ponte Capacitiva;Ponte Capacitiva;A lifi ãA lifi ãAmplificação;Amplificação;Retificação;Retificação;FiltraçãoFiltraçãoFiltração.Filtração.
Mudanças ImplementadasMudanças ImplementadasP d ã d E i ãP d ã d E i ãPadrão de Excitação;Padrão de Excitação;Ajuste do Zero e Cinco Volts do Circuito;Ajuste do Zero e Cinco Volts do Circuito;Capacitância de ReferênciaCapacitância de Referência
Email: ifsalmeida@yahoo.com.brEmail: ifsalmeida@yahoo.com.br 44
Capacitância de Referência.Capacitância de Referência.
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Montagem ExperimentalMontagem Experimental(Circuito Eletrônico)
Email: ifsalmeida@yahoo.com.brEmail: ifsalmeida@yahoo.com.br 55
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Montagem ExperimentalMontagem Experimental(Cabos Coaxiais)( )
Efeito da Capacitância do Cabo;Efeito da Capacitância do Cabo;
Ê ÂINFLUÊNCIA DA CAPACITÂNCIA DO CABO (Capacitância fixa do sensor 2pF)
o
405060
cia
do C
ab10
e-12
)
0102030
Cap
acitâ
nc(F
x 1
00 0,5 1 1,5 2
Capacitância Equivalente (F x 10e-12)
C
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Montagem ExperimentalMontagem Experimental(Fluidos Utilizados)
Água:Água:
( )
ggSalgada;Salgada;Doce.Doce.
Ar atmosférico;Ar atmosférico;Ar atmosférico;Ar atmosférico;Óleo.Óleo.
Email: ifsalmeida@yahoo.com.brEmail: ifsalmeida@yahoo.com.br 77
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Calibração dos InstrumentosCalibração dos InstrumentosPlaca de Orifício para Vazão de Ar;Placa de Orifício para Vazão de Ar;
14m³/h;14m³/h;40m³/h;40m³/h;40m³/h;40m³/h;100m³/h.100m³/h.
Calibração da Placa de Orifício para Vazão Calibração da Placa de Orifício para Vazão de Água;de Água;
Sensor de Pressão Diferencial.Sensor de Pressão Diferencial.
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CalibraçãoCalibraçãoCalibraçãoCalibração(Circuito Eletrônico)(Circuito Eletrônico)(Circuito Eletrônico)(Circuito Eletrônico)
Ajuste da Capacitância de Referência;Ajuste da Capacitância de Referência;
Ajuste de 0 e 5 Volts;Ajuste de 0 e 5 Volts;Ajuste de 0 e 5 Volts;Ajuste de 0 e 5 Volts;Dependência do Padrão de Escoamento;Dependência do Padrão de Escoamento;Dependência da Temperatura;Dependência da Temperatura;Dependência da Temperatura;Dependência da Temperatura;Dependência da Umidade.Dependência da Umidade.
Email: ifsalmeida@yahoo.com.brEmail: ifsalmeida@yahoo.com.br 99
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Ci it El t ô iCi it El t ô iCircuitos Eletrônicos Circuitos Eletrônicos
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Calibração Dinâmica dos SensoresCalibração Dinâmica dos SensoresGráfico de Calibração (Sonda nº 2)
Sensor de Anel 2 Sensor de Helice 2 Anular A2 (11/09)Anular H2 (11/09) Bolhas A2 (11/09) Bolhas H2 (11/09)
20,022,024,0
12)
10 012,014,016,018,0
ncia
(F x
10e
-1
2 04,06,08,0
10,0
Cap
acitâ
n
0,02,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Fração de Água (%)
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Calibração Dinâmica dos SensoresCalibração Dinâmica dos Sensores
90
100
Gráfico de Calibração Estática do Sensor de Anéis (A2)
70
80
90
a (%
)
40
50
60
ão d
e Á
gua
10
20
30
α =-1,04672 V3+4,06638 V2+25,00948 V-3,68388
Fraç
ã
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,00
Tensão de Saída (Volts)
Email: ifsalmeida@yahoo.com.brEmail: ifsalmeida@yahoo.com.br 1212
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Calibração Dinâmica dos SensoresCalibração Dinâmica dos Sensores
100
Gráfico Comparativo Estratificado Dinâmico X Estático (A2)
70
80
90
a (%
)
40
50
60
ção
de Á
gua
10
20
30 Estratificado Estático Estratificado DinâmicoFr
aç
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,00
Tensão de Saída (Volts)
Email: ifsalmeida@yahoo.com.brEmail: ifsalmeida@yahoo.com.br 1313
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Calibração Dinâmica dos SensoresCalibração Dinâmica dos SensoresMetodologia de Tratamento do Sinal PistonadoMetodologia de Tratamento do Sinal PistonadoMetodologia de Tratamento do Sinal PistonadoMetodologia de Tratamento do Sinal Pistonado
Corte Médio Simples;Corte Médio Simples;Corte Duplo Simples;Corte Duplo Simples;Corte Médio Composto;Corte Médio Composto;Corte Médio Composto;Corte Médio Composto;Corte Duplo Composto;Corte Duplo Composto;Integral.Integral.
2,5x10-11
3,0x10-11
Sinal Pistonado
10
2,0x10-10
3,0x10-10
Derivada do Sinal Coletado
1,0x10-11
1,5x10-11
2,0x10-11
Capa
citâ
ncia
(F)
-1,0x10-10
0,0
1,0x10-10
Cap
acitâ
ncia
(F)
0 1600 3200 4800 6400 8000 9600 11200 12800 14400 160000,0
5,0x10-12
C
Tempo de Aquisição (ms)0 1600 3200 4800 6400 8000 9600 11200 12800 14400 16000
-3,0x10-10
-2,0x10-10
C
Tempo de Aquisição (ms)
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Tempo de Aquisição (ms) Tempo de Aquisição (ms)
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Calibração Dinâmica dos SensoresCalibração Dinâmica dos Sensores
1,0
Sinal Derivado Reconstruído com Corte Simples Acima da Média
0,8
0,4
0,6
Ampl
itude
0,2
0 1600 3200 4800 6400 8000 9600 11200 12800 14400 160000,0
Tempo de Aquisição (ms)
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Resultados AlcançadosResultados AlcançadosResultados AlcançadosResultados AlcançadosANÉIS (corte -1,5 volts)
Fração Real TENSÃO MÉDIA Fração Derivada ErroFração Real TENSÃO MÉDIA Fração Derivada Erro
11,08% 2,71044 46,45% 3,192319495
13,23% 3,08229 45,22% 2,417611489
38 46% 3 34193 41 15% 0 06996879938,46% 3,34193 41,15% 0,069968799
42,00% 3,43459 42,85% 0,020271429
42,46% 4,17746 41,56% 0,021217617
42,61% 3,98919 44,56% 0,045801455
43,54% 3,88180 42,47% 0,02466927
46,31% 3,76552 43,82% 0,053854459
47,08% 4,13070 43,26% 0,081098131
49,23% 4,57835 47,94% 0,026254316
51,69% 4,57986 48,58% 0,060110273, , , ,
54,61% 4,76507 59,57% 0,090840505
54,77% 4,65781 52,72% 0,037513237
71 38% 4 76255 49 71% 0 303527599
Email: ifsalmeida@yahoo.com.brEmail: ifsalmeida@yahoo.com.br 1616
71,38% 4,76255 49,71% 0,303527599
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Resultados AlcançadosResultados AlcançadosResultados AlcançadosResultados AlcançadosHELICES (corte -0,5 volts)
Fração Real TENSÃO MÉDIA Fração Derivada Erro
11,08% 5,32589 49,00% 3,422680505
13,23% 5,34821 48,83% 2,690544218
38,46% 4,72893 38,33% 0,003471139
42,00% 4,73455 41,84% 0,003892857
42 46% 5 04672 42 47% 0 00024258142,46% 5,04672 42,47% 0,000242581
42,61% 4,72126 42,41% 0,004663225
43,54% 4,95941 42,00% 0,035376665
46 31% 4 53045 42 74% 0 07702224146,31% 4,53045 42,74% 0,077022241
47,08% 5,04655 46,49% 0,012449023
49,23% 5,25192 49,23% 7,10949E-05
51,69% 5,24791 49,51% 0,042209325
54,61% 5,29939 55,76% 0,021073064
54,77% 5,30315 53,42% 0,024646704
Email: ifsalmeida@yahoo.com.brEmail: ifsalmeida@yahoo.com.br 1717
71,38% 4,89491 51,65% 0,276370132
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L bViLabView
Email: ifsalmeida@yahoo.com.brEmail: ifsalmeida@yahoo.com.br 1818
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Conclusões e Sugestões FuturasConclusões e Sugestões FuturasêêDependência do Padrão de Escoamento;Dependência do Padrão de Escoamento;
Linearidade do Instrumento;Linearidade do Instrumento;;;Influência da Pressão, Temperatura e Umidade;Influência da Pressão, Temperatura e Umidade;Metodologia do Tratamento do Sinal;Metodologia do Tratamento do Sinal;Metodologia do Tratamento do Sinal;Metodologia do Tratamento do Sinal;Interferência das Válvulas Solenóides;Interferência das Válvulas Solenóides;
õ õõ õDificuldades nas Medições de Vazões;Dificuldades nas Medições de Vazões;Determinação Precisa do Comportamento do Determinação Precisa do Comportamento do ççCampo Elétrico do Sensor.Campo Elétrico do Sensor.
Email: ifsalmeida@yahoo.com.brEmail: ifsalmeida@yahoo.com.br 1919
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