Projeto de sensor para indústria

De Bruno F. Flora

Projeto de sensor para a indústria é um livro voltado para Engenheiros, Pesquisadores, Técnicos e entusiastas que desejam conhecer o passo a passo, desde o estudo dos princípios físicos até o funcionamento de um sensor; passando pela concepção, projeto, simulação computacional e calibragem.
O livro foca na construção de um sensor de impedâncias elétricas para medição de fração de vazio elaborado para analisar escoamentos gás-liquido na indústria química e de petróleo. O leitor será capaz de compreender como fazer uma pesquisa bibliográfica de forma a obter conhecimento para elaborar diversos outros tipos de sensores nas mais diferentes áreas.
Assim, não se trata de um livro escrito para ser um texto didático, entretanto, o que é melhor para o aprendizado que unir a teoria a prática?

• Idioma: Português
• Editora: Editora Appris
• Data de lançamento: 1 de jan. de 2017
• ISBN: 9788547304737

Pré-visualização do livro

COMITÊ CIENTÍFICO DA COLEÇÃO ENSINO DE CIÊNCIAS

Dedico este livro aos meus pais,

à minha família e aos mestres que muito

me ensinaram e sempre me apoiaram.

AGRADECIMENTOS

Agradeço ao professor Eugênio Spanó Rosa, por me acolher no Departamento de Energia da Unicamp e auxiliar de forma ativa no desenvolvimento do presente trabalho. Agradeço ao corpo de funcionários da FEM/Unicamp, por serem sempre prestativos, e a todos os membros do 2PFG que permitiram que o trabalho fosse desenvolvido.

PREFÁCIO

No contexto de automação, as informações em tempo real e a ampla disponibilidade de sensores para medidas industriais sempre são bem-vindos, usualmente adquiridos importados. Este livro apresenta seu interesse nesse contexto de forma dupla.

Em primeiro lugar trata do projeto de um tipo particular de sensor de vazão. Assim, baseia-se no estudo do escoamento bifásico antes de apresentar sua proposta de medida. O assunto é praticamente ausente da literatura técnica de engenharia, embora a literatura acadêmica e científica o estude extensivamente.

Em segundo lugar, o trabalho apresenta um projeto de sensor em todas as suas etapas. Independentemente do uso que o leitor possa fazer da proposta apresentada de desenvolver o próprio equipamento, este livro apresenta uma abordagem saudável de conhecimentos científicos objetivos aplicados diretamente a um projeto de equipamento. Isso é feito sem simplificação que reduza uma aplicação de fórmulas, como se pode ver no uso de fatores adimensionais e relações empíricas no entendimento dos princípios de medida. Relações adimensionais em mecânica dos fluidos costumam merecer mais de um capítulo em livros didáticos estrangeiros, mas quase nunca se vê uso dessas ferramentas raras em projetos cotidianos na maior parte das indústrias.

Considera-se aqui o livro com as utilidades: de apresentar uma possibilidade de caminho de uso da engenharia e suas técnicas numa proposta ampla de projeto de equipamentos tão necessário à indústria brasileira em geral; e também de nos servir de exemplo ao revisitar conhecimentos sofisticados, usualmente relegados ao esotérico pela maioria, apresentando-os como descrições possíveis de problemas reais. Termina-se por enfatizar que a verve acadêmica foi quase completamente retirada do trabalho. O trabalho aqui não se perde em uma discussão circular sobre os medidores de vazão que teria o intuito apenas de acrescentar ao debate de si mesma.

Alysson Mazoni

Professor da Unesp Sorocaba

Msc. Eng. Controle e Automação

Sumário

INTRODUÇÃO

Capítulo 1

TÉCNICAS DE PROJETO E MEDIÇÃO

1.1 Técnicas de medida de detecção de fases gás-líquido

1.2 Sensores de impedância elétrica

capítulo 2

INSTRUMENTO E PRINCÍPIOS FÍSICOS

2.1 Componentes do sistema de medida

2.2 Geometria dos sensores

2.3 Circuitos eletrônicos e a impedância das fases

2.3.1 Ponte RLC - BK precision modelo 889A

2.3.1.1 Aspectos gerais

2.3.1.2 Funcionamento e modo de medida

2.3.1.3 Selecionando o modo série ou paralelo

2.3.2 Ponte RC com amplificador operacional inversor

2.3.3 Módulo de impedância equivalente

2.4 Princípios físicos do funcionamento do sensor

2.5 Método de cálculo para C e R

Capítulo 3

CONCEPÇÃO DO SENSOR E MODELAGEM

3.1 Introdução

3.2 Configuração geométrica do sensor

3.2.1 Estudo de configurações geométricas para o sensor de anéis

3.2.2 Definição da configuração escolhida para o sensor de anéis

3.3 Modelo algébrico para capacitância do sensor de anéis

3.3.1 Constante de proporcionalidade do modelo de capacitância

3.3.2 Efeito da variação do diâmetro no modelo algébrico

3.3.3 Extensão do modelo para gás-líquido: padrão anular

3.3.4 Extensão do modelo para gás-líquido: padrão bolhas dispersas

3.4 Modelo algébrico para resistência elétrica do sensor anéis

3.4.1 Efeito da variação do diâmetro no modelo algébrico

3.4.2 Extensão do modelo para gás-líquido: padrão anular

3.4.3 Extensão do modelo para gás-líquido: padrão bolhas dispersas

3.5 Modelo algébrico generalizado para impedância elétrica de um fluido homogêneo

3.5.1 Impedância elétrica para um fluido com propriedade condutiva e dielétrica

3.6 Sumário dos modelos algébricos para misturas de gás e líquido

3.7 Mapeamento do Sensor

3.7.1 Relações entre C* e R* e a voltagem de saída V*

3.7.2 Mapeamento de V* em fração de vazio

capítulo 4

TESTES DE BANCADA

4.1 Testes estáticos

4.2 Materiais utilizados

4.3 Procedimento dos testes estáticos

4.4 Resultado experimental dos testes estáticos e comparação com modelo algébrico

4.4.1 Um material

4.4.2 Dois materiais

4.5 Conclusões

capítulo 5

TESTES DINÂMICOS

5.1 Aparato experimenta

5.2 Técnicas de medidas de fração de vazio

5.2.1 Método gravimétrico corrigido

5.2.2 Válvulas de fechamento rápido

5.2.3 Procedimento dos testes

5.2.4 Comparação entre a válvula de fechamento rápido e o método gravimétrico corrigido

5.3 Manipulações dos dados do sensor de impedâncias

5.4 Comparação dos resultados

5.5 Aplicações do Sensor

5.5.1 Identificador objetivo de fases para reconhecimento de padrão

5.6 Conclusões dos testes dinâmicos

CONCLUSÕES

REFERÊNCIAS

INTRODUÇÃO

Invention, my dear friends,

is 93% perspiration, 6% electricity,

4% evaporation, and 2% butterscotch ripple.

(Willy Wonka, Willy Wonka & the Chocolate Factory)

A motivação deste livro foi o apresentar ao leitor o desenvolvimento de um instrumento para medição. O modelo escolhido se aplica a escoamentos bifásicos e capaz de operar em atividades industriais. Para atingir essa meta foi necessário o desenvolvimento de várias etapas intermediárias. As várias etapas permitirão ao leitor compreeender as etapas necessárias para o processo de desenvolvimento de um sensor e colocá-las em prática de forma análoga, com as adaptações necessárias, para diversos outros tipos de medição.

O caminho percorrido por este livro passa pelo estudo de sensores similares, desenvolvimento e calibração de um sensor não intrusivo baseado no princípio de medida de impedâncias elétricas para medição da