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Análise teórica-experimental das propriedades elétricas de sensores de amônia à base de polianilina / Theoretical and experimental analysis of electrical properties of ammonia sensors based on polyaniline

Santos, Mirela de Castro 08 October 2013 (has links)
Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2015-11-09T08:20:51Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2082675 bytes, checksum: 58c1a3a770843da22f0822535a89707b (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-09T08:20:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2082675 bytes, checksum: 58c1a3a770843da22f0822535a89707b (MD5) Previous issue date: 2013-10-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesse trabalho apresentamos o estudo das propriedades elétricas de sensores de amônia à base de polianilina, nomeadamente polianilina/poli(vinil sulfato de sódio) (PANI/PVS) e polianilina/pentóxido de vanádio (PANI/V2O5). São detalhadas as etapas de preparação dos dispositivos, desde a deposição dos filmes via técnica de automontagem layer-by-layer (PANI/PVS) e casting (PANI/V2O5), até a confecção dos eletrodos de tinta prata pela técnica silk-screen, o que gerou o baixo custo associado à fabricação dos sensores. Os sensores foram submetidos a diferentes concentrações de amônia e o comportamento da resposta elétrica foi avaliado por meio da técnica de espectroscopia de impedância (EI). Em nosso estudo, a EI foi utilizada como nova abordagem na caracterização de sensores de gás, que potencialmente pode ser estendida a outros dispositivos orgânicos como biossensores e línguas eletrônicas. A análise da EI permitiu também a identificação das contribuições condutivas e a ausência dos efeitos de eletrodos dos sensores, bem como estabelecer uma faixa ótima de frequência de operação. Foi observada que a estabilidade elétrica dos dispositivos aumentou cerca de 10% na faixa de frequência entre 10 Hz e 100 Hz em relação a medidas em corrente contínua. O tempo de resposta dos sensores submetidos à amônia foi menor quando comparado ao sensor comercial de referência, além de apresentarem boa reprodutibilidade e reversibilidade após algumas horas na ausência do gás. A impedância do sistema PANI/PVS medida em 100 Hz aumentou linearmente cerca de 300% quando a concentração de amônia variou de 0 a 30 ppm, enquanto para o sistema PANI/V2O5 o aumento foi de 120%. O estudo teórico-experimental da impedância complexa, ou do seu análogo em condutividade alternada e/ou admitância complexa, possibilitou a utilização do modelo fenomenológico Cole-Cole e dos modelos microscópicos RFEB e RFEB-G (distribuição discreta e não uniforme de barreiras de energia). Estes dois últimos modelos são baseados na teoria de salto dos portadores de carga e forneceram valores diferentes para o parâmetro de salto para cada um dos sistemas. / In this work it is presented the electrical properties of ammonia gas sensors based on polyaniline (PANI), particularly polyaniline/poly(vinyl sulfonic acid) (PANI/PVS) and polyaniline/vanadium pentoxide (PANI/V2O5). All the preparation steps of the devices are described, from the deposition of films via the layer-by-layer self- assembly (PANI/PVS) and casting (PANI/V2O5), to the fabrication of silver electrode structure via silk-screen technique. Note that these fabrication procedures led to the low cost of sensors. The sensors were submitted to different ammonia concentrations and the electrical response behavior was evaluated by impedance spectroscopy (IS) measurements. In this study, IS was used as a new approach to the gas sensors characterization and can potentially be employed by other organic devices such as biosensors and electronic tongues. The IS analysis also allowed to distinguish the conductive contributions and the absence of the electrode effects, as well as to establish an optimal frequency range of operation. We observed that in the frequency range 10 - 100 Hz the electric stability of the devices has increased in about 10% when compared to the direct current measurements. The response time of the PANI-based sensors was lower than the commercial reference sensor and exhibited good reproducibility and reversibility after few hours in ammonia gas absence. The measured impedance of system PANI/PVS at 100 Hz increased linearly about 300% when the ammonia concentration varied from 0 up to 30 ppm, while increased 120% for the system PANI/V2O5. The theoretical and experimental study of the alternating conductivity and the complex admittance of disordered solids allowed to use the Cole-Cole phenomenological approach, RFEB (Random Free Energy Barrier) and RFEB-G (discrete and non-uniform distributions of energy barriers) microscopic models. These two last models are based in the hopping charge carriers theory that provides different values of the parameter for each system.
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Parametros longitudinais e transversais de linhas de transmissão calculados a partir das correntes e tensões de fase

Kurokawa, Sergio 03 August 2018 (has links)
Orientadores : Jose Pissolato Filho, Maria Cristina Dias Tavares / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:13:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kurokawa_Sergio_D.pdf: 1272093 bytes, checksum: aa03df351ad2dc310184019293aa31f4 (MD5) Previous issue date: 2003 / Doutorado
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Sistema para medição de impedância elétrica em transdutores piezelétricos / System for measuring electrical impedance in piezoelectric transducers

Ximenes, Rodrigo Luiz, 1981- 26 August 2018 (has links)
Orientadores: Francisco José Arnold, Rangel Arthur / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia / Made available in DSpace on 2018-08-26T20:53:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ximenes_RodrigoLuiz_M.pdf: 1709801 bytes, checksum: 3d8b8086551025bf630aa238baf7d7c8 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A medição da impedância elétrica em transdutores piezelétricos é um procedimento fundamental para a caracterização desses dispositivos. A larga variação do módulo da impedância elétrica ao longo da frequência representa uma dificuldade para a realização dessas medições. Neste trabalho é apresentado o protótipo de um medidor de impedâncias elétricas de transdutores de ultrassom utilizados em aplicações de potência elevada. O sistema opera baseado na captação dos valores de pico de tensão e corrente sob uma faixa de frequência de utilização dos transdutores. O protótipo é controlado por um microcontrolador que se comunica com um computador no qual um software, desenvolvido em LabView, armazena e mostra resultados numa interface. A validação do medidor de impedâncias foi feita pela comparação de resultados experimentais com os medidos por um analisador de impedâncias comercial. Os resultados mostram que o sistema proposto pode medir impedâncias entre 100 W e 10 kW, aproximadamente, numa faixa de frequências de até 43 kHz / Abstract: The measurement of electrical impedance of piezoelectric transducers is a fundamental procedure for the characterization of these devices. The large variation in the electrical impedance module over frequency is a difficulty to carry out these measurements. This dissertation presents the prototype of a meter electrical impedance of ultrasound transducers used in high power applications. The system operates based on the capture of peak voltage and current values of the transducers in a usage frequency band. The prototype is controlled by a microcontroller that communicates with a computer on which a software, developed in LabView, stores and displays the results in an user interface. The validation of the impedance meter was made by comparison with the experimental results measured by a commercial impedance analyzer. The results show that the proposed system can measure impedances between 10 W and 10 kW at frequencies up to 43 kHz / Mestrado / Tecnologia e Inovação / Mestre em Tecnologia
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Identificação de falhas estruturais usando sensores e atuadores piezelétricos e redes neurais artificiais /

Furtado, Rogério Mendonça. January 2004 (has links)
Orientador : Vicente Lopes Júnior / Banca: João Carlos Mendes Carvalho / Banca: Carlos Roberto Minussi / Resumo: A proposta deste trabalho é a obtenção de uma metodologia robusta para identificação de falhas estruturais combinando as vantagens de duas metodologias, que não são baseadas em modelos matemáticos, ou seja: impedância elétrica obtida com atuador e sensor piezocerâmico(materiais inteligentes) e redes neurais artificiais. O termo materiais inteligentes (smart materials) conhecido também por material ativo é dado a uma classe de material que exibe propriedades não encontradas em materiais convencionais. Alguns destes materiais são: compostos de materiais piezelétricos, eletrorresistivo e magnetorresistivo, fluidos e sólidos electro-reológicos, e outros. Uma das principais características do PZT (Titanato Zirconato de Chumbo), que permite utilizá-lo como sensor e atuador, é o efeito piezelétrico, ou seja, a aplicação de um campo elétrico resulta em deformação do material (efeito inverso), enquanto, a aplicação de tensão mecânica resulta no surgimento de um campo elétrico (efeito direto). Estas características associadas ao conceito de impedância elétrica e ao conceito de falha métrica permitem a localização e o monitoramento da falha. Esta técnica utiliza altas freqüências e excita os modos locais, proporcionando, assim, o monitoramento de qualquer mudança da impedância mecânica estrutural na região de influência do PZT. Redes neurais artificiais (RNA) fazem parte de um amplo conceito chamado inteligência artificial. Redes neurais têm sua base associada ao funcionamento do cérebro humano, que após treinamento possuem a capacidade de "aprender". Esta ciência é objeto de estudo em diversos centros de pesquisa e, embora já tenha grande aplicabilidade, o sucesso de sua utilização depende do caso em que está sendo aplicada e de certa sutileza do projetista, uma vez que o processo ainda é empírico e teorias ainda... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo). / Abstract: The proposal of this work is the obtaining of a robust methodology for identification of structural faults combining the advantages of two methodologies, which are not based on mathematical models. The methodology applies electric impedance technique, obtained with actuator and sensor piezoceramic (smart materials), and artificial neural networks. The term "smart materials" is given for a material class that not exhibits properties found in conventional materials. Some of these materials are: composed of piezoelectric material, electrostrictive and magnetostrictive, electrorheological fluids and solids shape memory alloys, and others. One of the main characteristics of PZT (Lead Zirconate Titanate), that allows to use it as sensor and actuator, is the piezoelectric effect, where the application of an electric field results in deformation of the material (inverse effect), while the application of mechanical tension results in the appearance of an electric field (direct effect). These characteristics associated to the concept of electric impedance and the concept of metric fault allow the location and the monitoring of the fault. This technique uses high frequencies and low voltage and it excites local modes, providing, the monitoring of any change on the structural mechanical impedance in the area of influence of the PZT. Artificial Neural Networks (ANN) are part of a wide concept called artificial intelligence. Neural networks has its base associated to the operation of the human brain, that after training possess the capacity "to learn". This science is a study object in several research centers and, although it already has great application. The success of its use depends of the case and planner's certain keenness, once the process is still empiric and theories are still being formulated. Several conceptions of neural networks... (Complete abstract, click electronic address below). / Mestre
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Circuito equivalente e extração dos parâmetros em função da corrente de amplificadores ópticos a semicondutor / Equivalente circuit and parameters extraction as function of the bias current of semiconductor optical amplifiers

Figueiredo, Rafael Carvalho, 1982- 16 August 2018 (has links)
Orientadores: Evandro Conforti, Napoleão dos Santos Ribeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T11:21:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueiredo_RafaelCarvalho_M.pdf: 10424465 bytes, checksum: b93608291545cc7a53e52e2050a3dc39 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Apresenta-se a modelagem de um circuito elétrico equivalente e a extração de parâmetros de amplificadores ópticos a semicondutor (SOA), a partir de um modelo para lasers semicondutores. Foi realizado um estudo do comportamento da impedância de um SOA em chip, sem encapsulamento, em função da corrente de polarização e em ampla faixa de frequência . de 300 kHz a 40 GHz. A modelagem do circuito equivalente da montagem, a qual é cascateada com os modelos da região ativa do SOA, é apresentada para correntes abaixo e acima da operação em transparência. A metodologia utilizada para a extração dos parâmetros dos elementos parasitas que compõe o circuito é descrita; resultados obtidos através de simulações em programa comercial (Agilent ADS) são comparados com medidas experimentais obtidas em mesa óptica. São apresentados ainda resultados teóricos da impedância do SOA quando desconsiderada a presença dos elementos parasitas da montagem. A modelagem e extração dos parâmetros realizada para o chip foi repetida para SOAs encapsulados, também apresentando boa concordância entre teoria e experimento, reforçando a viabilidade da abordagem utilizada / Abstract: The equivalent electric circuits and its parameters.extraction of semiconductor optical amplifiers (SOA) are attained based on a diode-laser model. Additionally, the impedance behavior of a SOA-chip (without package) was measured as function of the bias current in wide frequency range, from 300 kHz to 40 GHz. In these procedures, the microwave setup used for the SOA current injection was also characterized and its equivalent circuit obtained. Next, a theoretical analysis is developed for this setup for currents below and above the transparency condition. A methodology for the parameters extraction of parasitic elements is also described, as well as the results obtained through simulations using the Agilent ADS software, compared with the experimental data. The optical bench used in the experiments is also described, and theoretical results illustrates the SOA impedance without parasitic elements. The equivalent circuits with parameters.extraction were also obtained for packaged SOAs, with good agreement between theory and experiment, conforming the employed methodology / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica
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Sensor de impedâncias de anéis para medida de fração de vazio em escoamento gás-líquido / Ring impedance sensor for void fraction gas-liquid meter

Flora, Bruno Fagundes 18 August 2018 (has links)
Orientador: Eugênio Spanó Rosa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T00:21:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Flora_BrunoFagundes_M.pdf: 2971179 bytes, checksum: 98fc79d21db40bfb0bbe58d6d20ec80e (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: É proposta uma metodologia de projeto e de calibração de um medidor de fração de vazio para escoamento de gás e líquido operando com o princípio de impedâncias elétricas baseado em simulação numérica. O desenvolvimento do sensor é feito utilizando-se de um software de volumes finitos para a otimização heurística da geometria dos eletrodos e também para a criação de uma curva de mapeamento do sinal para fração de vazio de acordo com as características elétricas do fluido em questão, ou seja, características capacitivas (óleo, gás), resistivas (água) ou ambas. Utilizando o conceito de similaridade entre modelo e protótipo foi possível reduzir os resultados computacionais a simples expressões algébricas que relacionam diretamente a fração de vazio com a voltagem do circuito e estender este resultado para tubulações de quaisquer diâmetros. Testes estáticos e dinâmicos são feitos com o propósito de validar o estudo computacional e verificar o desempenho do sensor operando com diferentes padrões de escoamento / Abstract: A methodology for design and calibration of a void fraction meter for gas and liquid flow operating on the principle of electrical impedance is developed based on numerical simulation. The sensor development is done using a finite volume software. The numerical analysis allowed a heuristic geometry optimization of the electrodes and also created a mapping curve for the void fraction signal according to the electrical characteristics of the fluid in consideration, ie, capacitive (oil, gas), resistive (water) or both. Using the concept of similarity between model and prototype it was possible to reduce the computational results to simple algebraic expressions that relate directly the void fraction with the voltage output and extend this result to pipes of any diameter. Static and dynamic tests were done in order to validate the computational study and verify the performance of the sensor operating with different flow patterns / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica
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Dimorfismo sexual secundario em escolares de diferentes niveis socio-economicos de um grande centro urbano do Brasil

Gamba, Eduardo Marques, 1954- 28 August 2006 (has links)
Orientador: Antonio de Azevedo Barros Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-07T08:51:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gamba_EduardoMarques_D.pdf: 1185686 bytes, checksum: 90c3de16ce408cb1eaa3cc4a9a2e99ee (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Objetivo-Avaliar as diferenças entre medidas antropométricas e composição corporal de meninos e meninas em idade escolar, em dois níveis socioeconômicos, definidos pelo tipo de escola freqüentado: escolas privadas e públicas dos bairros da periferia do Município de Campinas. Metodologia-Foram tomadas medidas do peso, estatura, índice de massa corporal, perímetro braquial, áreas de gordura e muscular do membro superior; a composição corporal foi avaliada por equação derivada da antropometria (Slaughter) e por análise de bioimpedância (BIA). O grau de dimorfismo foi avaliado pela equação de Pucciarelli (1993), que permite estimar o grau de diferença entre diversas variáveis com relação ao sexo. Medidos 550 meninos e 543 meninas estudantes de escolas privadas, 483 meninos e 520 meninas de escolas públicas, totalizando 2096 escolares com idades entre 7 anos e 10 anos, 11 meses e 29 dias. Resultados-Não foi observada diferença significativa no peso ou estatura entre sexos, mas as crianças de escolas privadas foram significativamente mais altas e mais pesadas aos sete e dez anos. O IMC mostrou diferença entre escolas aos sete e dez anos, com as crianças de escolas particulares apresentando médias próximas do percentil 85 da curva do CDC. A porcentagem de gordura por BIA foi maior no sexo feminino, mas quando calculada por método antropométrico não mostrou diferença significativa entre sexos aos nove e dez anos. A massa magra masculina foi maior que a feminina aos sete, nove e dez anos. As pregas cutâneas apresentaram diferenças não homogêneas. O estudo do dimorfismo sexual mostrou que o peso, IMC e massa gorda dos meninos apresentaram valores muito próximos aos das meninas. Conclusões- O aumento da gordura corporal dos meninos, principalmente de escolas privadas, levou a diminuição das diferenças dimórficas anteriormente verificadas em outros estudos. A população estudada sofreu redução do estresse nutricional, observada pela similaridade das médias de estatura e massa muscular em ambos os níveis socioeconômicos / Abstract: Objective- Evaluate the differences between anthropometric measurement and body composition of boys and girls with ages 7 to 10-years, in private and public schools located on poor neighborhoods in the city of Campinas, Brazil. Methods- Measurement of weight, height, body mass index, arm circumference, arm fat area, arm muscle area were taken, and body composition was estimated based on anthropometric methods (Slaughter equation), and on bioimpedance analysis. The grade of secondary sexual dimorphism was obtained in Pucciarelli¿s equation, which allows estimating the degree of difference between many variables in relation to sex. Results- Were observed no significant differences between weight, height or body mass index in relation to sex, but children of private schools were significantly higher and heavier with seven and ten years old. The BMI showed difference between schools in the ages of seven and ten years, with children of private schools means near the 85th percentile of CDC¿s curve, which suggests an overweight situation. The lean body mass of boys was bigger than female¿s by 7, 9 and 10 years old children. Skinfold showed no conclusive differences between males and females. Sexual dimorphism showed that boy¿s weight, BMI and fat mass were very close to girl¿s, with reduction of dimorphism¿s grade. Conclusion- The increase of boy¿s body fat reduced the dimorphic differences observed on previous papers. Campinas students had suffered less nutricional stress than in the past, based on height and lean body mass similarities of two socioeconomic levels / Doutorado / Pediatria / Doutor em Saude da Criança e do Adolescente
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Detecção de falhas estruturais usando sensores e atuadores piezelétricos e algoritmos genéticos /

Tebaldi, Adriano. January 2004 (has links)
Orientador: Vicente Lopes Júnior / Banca: Paulo Carlos Kaminski / Banca: Walter Katsumi Sakamoto / Resumo: A tecnologia de materiais inteligentes se tornou uma área de crescente interesse para o desenvolvimento de estruturas que podem incorporar atuadores e sensores capazes de detectar falhas. Extensivas investigações têm sido focadas na tecnologia que integra materiais inteligentes no monitoramento das condições de sistemas. Vários estudos têm sido realizados na área de identificação de sistemas mecânicos e há uma tendência de introduzir otimização em projetos de monitoramento de sinais que permitirá automatização do processo e caracterização de falhas para sistemas complexos. O problema de identificação de variáveis ou detecção de falhas em sistemas mecânicos é uma classe de problemas inversos e, portanto, não apresenta uma solução única. O problema inverso consiste em determinar as causas baseando-se na observação dos efeitos. Nos problemas inversos os parâmetros de falha (comprimento de trinca e/ou localização) podem ser calculados no domínio da freqüência ou do tempo. A metodologia proposta neste trabalho utiliza dados no domínio da freqüência, e utiliza, em uma primeira etapa, o método da impedância elétrica para se determinar a localização das falhas. Numa segunda etapa é realizada a quantificação da intensidade de falhas, usando algoritmos genéticos. Algoritmos genéticos (AG) são processos de otimização baseados nos princípios de evolução natural. Um AG simula um processo de adaptação em uma população inicial de indivíduos através de operadores genéticos artificiais em cada geração. Em condições de otimização, cada indivíduo da população é codificado em um cromossomo, que representa uma solução genérica para o problema, enquanto a adaptação individual é avaliada por uma função de aptidão. / Abstract: Smart material technology has become an area of increasing interest for the development of structures that are able to incorporate actuator and sensor capabilities for fault detection. Extensive investigations have been focused on integrating smart material technology into health monitoring systems. Several studies have been accomplished in the area of identification of mechanical systems and there is a tendency of introducing optimization in projects of signals monitoring, which would allow automation in the process and characterization of faults, even for complex systems. The problem of variables identification or damage detection in mechanical systems is a class of inverse problem and, therefore, it doesn't present a unique solution. The inverse problem consists in determining the causes based on some observation of their effects. In inverse problems the damaged parameters (crack length and/or location) can be calculated in frequency or time domain. The proposal methodology is based on frequency domain, and it uses, in a first stage, the method of electric impedance to determine the location of the faults. Later on takes place the quantification of the fault intensities, in a second stage, by using genetic algorithms. Genetic algorithms (GA) are optimization processes based on principles of natural evolution. A GA simulates an adaptation process taking an initial population of individuals and applying artificial genetic operators in each generation. In optimization conditions, each individual of the population is coded in a string or chromosomes, which represents a trial solution for a certain problem, while the individual adaptation is evaluated through a fitness function. / Mestre
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Desenvolvimento de um sistema de monitoração de fluidos baseado em espectroscopia de impedância

Leitzke, Juliana Padilha 29 August 2014 (has links)
CAPES / Em diversas aplicações industriais é necessário o monitoramento do comportamento de fluidos, como por exemplo, a análise da cinética de reações químicas ou a investigação de escoamentos com múltiplos constituintes (comum em atividades de exploração e produção de petróleo). A espectroscopia de impedância, ou seja, a determinação da impedância elétrica de substâncias em diversas frequências é uma técnica frequentemente utilizada em química analítica para investigação de substâncias. No entanto, em processos industriais essa técnica ainda encontra pouco uso. Este trabalho objetiva o desenvolvimento de um sistema simples e de baixo custo de espectroscopia de impedância com potencial de aplicação em atividades industriais. Foram primeiramente revisadas as diversas técnicas para obtenção do espectro de impedância. Para a implementação, optou-se pela utilização do sinal discreto sequencial senoidal aliado ao circuito amplificador de transimpedância para monitoração de fluidos. Foi também utilizado um sensor planar interdigital para interrogação das substâncias. O sistema desenvolvido consiste em um painel de controle no computador conectado a um gerador de sinais e a uma placa de aquisição de dados. O sinal do gerador é aplicado ao sensor com a substância em análise, sendo o outro eletrodo do sensor conectada ao amplificador de transimpedância, que é conectado ao demodulador, onde então a informação é lida pela placa de aquisição de dados. Para validação do sistema, realizaram-se medidas com resistores e capacitores e diversas substâncias, tais como ar, água deionizada, etilenoglicol, isopropanol e óleo. Também foi medido gelo, substância que, ao contrário das outras estudadas, apresenta o fenômeno de relaxação nas frequências analisadas. Em comparação com valores teóricos, os resultados do sistema se mostraram apropriados para que seja possível identificar diferentes fluidos, por meio da medição da resposta em frequência da impedância dessas substâncias. / Many industrial applications require monitoring the behavior of fluids, for instance, the monitoring of the kinetics of chemical reactions or the investigation of flows with multiple components (common in oil extraction and production activities). The impedance spectroscopy, i.e. the measurement of the electrical impedance at various frequencies is a technique frequently used in analytical chemistry for investigating substances. However, in industrial processes, this technique only finds limited application. This work’s main objective is the development of a simple and low-cost impedance spectroscopy measuring system, which may potentially be applied in industrial activities. First, the various techniques to obtain the impedance spectrum were revised. The system was implemented using the sequential discrete sinusoidal signal combined with transimpedance amplifier circuit for monitoring impedance of fluids. Further, a planar interdigital sensor was used for interrogation of substances. The developed system consists of a control panel on the computer connected to a signal generator and a data acquisition board. The signal generator is applied to one sensor electrode containing the substance under test and the other sensor electrode is connected to the transimpedance amplifier. The voltage output is demodulated and read by the data acquisition board. To validate the system, measurements were carried out with commercial resistors and capacitors as well as several known substances such as air, deionized water, ethylene glycol, isopropanol and oil. Ice was also measured; a substance that, unlike the others studied presents the phenomenon of relaxation in frequencies analyzed. The results are consistent with theoretical predictions and of appropriate accuracy. Hence, the system may be applied to identify different fluids, by measuring the frequency response of the impedance of substances.
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Electrical impedance measurements of clathrate hydrates

Longo, Jean Paulo Nakatu 28 May 2015 (has links)
PETROBRAS / Dentre os desafios no processo de produção de hidrocarbonetos na indústria de óleo e gás, uma área em destaque nos últimos anos é conhecida como garantia de escoamento, a qual envolve assegurar de forma contínua que os fluidos (óleo ou gás) escoem pelas tubulações que conectam o poço aos sistemas de separação na superfície. Um dos principais problemas enfrentados está ligado à deposição de hidratos de gás em tubulações, podendo estes diminuir o diâmetro útil ou até obstruir as tubulações, gerando perdas financeiras consideráveis devido a, principalmente, parada de produção. Hidratos de gás ou clatratos são estruturas cristalinas sólidas semelhantes ao gelo, normalmente formados por moléculas de água e gás em determinadas condições de pressão e temperatura. Atualmente não existe uma técnica de medição estabelecida para monitoração da formação de hidratos em tubulações. Uma técnica candidata é a medição da impedância (ou o espectro de impedância) dos fluidos, pois se trata de uma técnica simples, robusta e de baixo custo. Com o objetivo de investigar o processo de formação de hidratos de forma controlada, foram realizados e analisados diversos experimentos com três sistemas de medição diferentes operando três células de medição distintas. Um sistema totalmente comercial, um sistema misto e um sistema dedicado foram utilizados para realizar medidas de impedância do processo de formação de hidratos. Os testes foram realizados com uma substância modelo (tetrahidrofurano – THF) em mistura com água, com a qual é possível a formação de hidratos sem a necessidade do uso de uma célula pressurizada. Os dois primeiros sistemas (comercial e misto) são capazes de medir o espectro de impedância na faixa 101 Hz até 107 Hz. Já o sistema dedicado opera em frequência fixa (tipicamente 5 MHz). Os resultados mostraram-se promissores no que diz respeito à monitoração da formação de hidratos, já que diferenças consideráveis nos valores de impedância são observadas para a mistura de THF-água em estado líquido e com a presença de hidratos. Dessa maneira, o sistema desenvolvido aliado ao processamento dos dados experimentais pode ser empregado em trabalhos futuros como ferramenta simples para monitorar a formação de hidratos em tubulações. / Among the challenges in the oil and gas industry for hydrocarbon production, a featured area in recent years is known as flow assurance, which involves to guarantee the continuously stream of fluids (oil or gas) through pipelines connecting wellhead to separation systems at topside. One of the main problems is related to the deposition of gas hydrates in pipelines, since these deposits may reduce the effective pipe diameter or even clog pipelines, causing considerable financial losses mainly due to production stop. Gas hydrates or clathrates are crystalline solid ice-like structures, typically formed by water and gas molecules under certain conditions of pressure and temperature. Currently there is no established measurement technique for monitoring the hydrate formation in pipelines. One candidate technique is impedance (or impedance spectrum) measurement of fluids, since it is simple, robust and low cost. With the objective of investigating hydrate formation in a controlled environment, several experiments with three different measuring systems operating three different measuring cells have been performed and evaluated. A fully commercial, a mixed, and a dedicated measuring system were applied for obtaining impedance data of hydrates formation. The experimental tests were performed with a model substance (tetrahydrofuran - THF) in mixture with water which allows the monitoring of hydrates formation at ambient pressures (i.e. no need to use a pressurized cell). The first two systems (commercial and mixed) are able to measure the impedance spectrum in the range 10 Hz to 10 MHz. The dedicated system operates at a fixed frequency (typically 5 MHz). The results show that considerable differences in impedance values are observed for the THF-water mixture in liquid conditions and with the presence of hydrates, hence being promising in hydrates formation monitoring. In this way, the developed measurement system allied to appropriated data processing routines has the potential to be applied as simple tool to monitor hydrate formation in pipes.

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