Medição de densidade, calor específico e condutividade térmica em líquidos baseada em redes de Bragg
| bibo.pageEnd | 94 | |
| dc.contributor.advisor1 | Leal Junior, Arnaldo Gomes | |
| dc.contributor.advisor1ID | https://orcid.org/0000000290750619 | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7246557168481527 | |
| dc.contributor.author | Lazaro, Renan Costa | |
| dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0000-0002-8344-2933 | |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/1842965024171479 | |
| dc.contributor.referee1 | Frizera Neto, Anselmo | |
| dc.contributor.referee1ID | https://orcid.org/0000-0002-0687-3967 | |
| dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8928890008799265 | |
| dc.contributor.referee2 | Marques, Carlos Alberto Ferreira | |
| dc.date.accessioned | 2024-05-30T00:49:21Z | |
| dc.date.available | 2024-05-30T00:49:21Z | |
| dc.date.issued | 2021-05-25 | |
| dc.description.abstract | The monitoring of thermal properties in liquids is an important and complex task, widely applied in industrial processes. Which highlights this importance is the fact that thermal properties of fluids are usually related with the efficience of these industrial processes. In crude oil refining operations, for example, parameters such as temperature, viscosity and thermal conductivity are directly related to the volumetric efficiency of the oil. In these operations, optical solutions, such as fiber sensors, have been widely developed due to their intrinsic operation, in addition to characteristics such as: immunity to electromagnetic interference, compactness, multiplexing capacity and chemical stability. For the thermal measurements assessment, stationary and transient methods are mostly designed for electrically-powered components. Despite this, some of these methods, such as Modified transient plane source (MTPS), admit physical modifications in their design, depending on the application demands. Thus, this work presents an optical system for measuring density, specific heat and thermal conductivity in liquids, based on MTPS and fiber Bragg gratings. For the task, a methodology of characterization of FBGs was developed, which allows an automatic control of data collection, in addition to the simultaneous characterization of several FBGs simultaneously. Thereafter, an optical diaphragm-based system is proposed for the task of measuring density. The sensor (with sensitivity of 0,.025 nm/kPa) is constructed with two FBGs, in which one is embedded between the diaphragms and the other is used to compensate the liquid temperature variation In addition, the diaphragm material (nitrile rubber) is corrosion resistant and chemically stable, which enables operations in liquids such as crude oil. For the estimation of specific heat and thermal conductivity, an FBG (with sensitivity of 11,5 pm/oC and determination coefficient R2 = 0, 9999) is applied in three experiments, named tank, beaker and test tube. The results show the repeatability and reproducibility of the system, in addition to the possibility of accuracy adjustments through a calibration constant. Finally, an analysis of thermal power and flexibility of the methodology are performed, describing the heat distribution in the setup and the possibility of constructing a liquid detection system. | |
| dc.description.resumo | O monitoramento de propriedades térmicas em líquidos é uma importante e complexa tarefa, amplamente aplicada em processos industriais. Tal importância se deve ao fato das propriedades térmicas dos fluidos (utilizados em processos industriais) estarem diretamente relacionadas à eficiência nas operações. Em operações de refino de óleo bruto, por exemplo, parâmetros como temperatura, viscosidade e condutividade térmica relacionam-se diretamente com a eficiência volumétrica do óleo. Nessas operações, soluções ópticas, como sensores em fibra, vêm sendo largamente desenvolvidas, pois, além de serem intrinsecamente seguros, possuem ainda características como: imunidade à interferência eletromagnética, compacidade, capacidade de multiplexação e estabilidade quimica. Em medições térmicas, métodos estacionários e transientes são majoritariamente projetados para o uso de componentes alimentados por corrente elétrica. Apesar disso, alguns desses métodos, como o Modified transient plane source (MTPS), admitem modificações, a depender das características da aplicação. Assim, este trabalho apresenta um sistema em fibra óptica para medição de densidade, calor específico e condutividade térmica em líquidos, baseado no método MTPS e nas FBGs. Para a tarefa, foi desenvolvida, a princípio, uma metodologia de caracterização de FBGs, que permite um controle automático dos equipamentos de coleta de dados, além da caracterização simultânea de várias FBGs. Em seguida, um sistema óptico de medição de densidade baseado em diafragmas é proposto. O sensor (com sensibilidade 0,025 nm/kPa) é construído a partir de duas FBGs, sendo uma delas embutida no diafragma e a outra, usada para compensar a variação de temperatura no líquido. Além disso, o material dos diafragmas (borracha nitrílica) é resistente à corrosão e químicamente estável, podendo ser aplicado em líquidos como o petróleo bruto. Para estimativas de calor específico e condutividade térmica, uma FBG (com sensibilidade 11,5 pm/oC e coeficiente de correlação R2 = 0, 9999) é utilizada em três experimentos, nomeados experimento no tanque, no Béquer e na proveta. As estimativas obtidas evidenciam a repetibilidade e reprodutibilidade do sistema, além da possibilidade de ajustes de acurácia através de uma constante de calibração. Por fim, são apresentadas análises da potência térmica, que mostram uma necessidade mínima de potência térmica para reduzir o impacto das perdas de convecção no método. | |
| dc.format | Text | |
| dc.identifier.uri | https://dspace5.ufes.br/handle/10/14619 | |
| dc.language | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal do Espírito Santo | |
| dc.publisher.country | BR | |
| dc.publisher.course | Mestrado em Engenharia Elétrica | |
| dc.publisher.department | Centro Tecnológico | |
| dc.publisher.initials | UFES | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica | |
| dc.rights | open access | |
| dc.subject | Densidade | |
| dc.subject | condutividade térmica | |
| dc.subject | calor específico | |
| dc.subject | sensores ópticos | |
| dc.subject | redes de Bragg em fibra | |
| dc.subject.br-rjbn | subject.br-rjbn | |
| dc.subject.cnpq | Engenharia Elétrica | |
| dc.title | Medição de densidade, calor específico e condutividade térmica em líquidos baseada em redes de Bragg | |
| dc.title.alternative | title.alternative | |
| dc.type | masterThesis |
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