Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de monitoramento a partir da alocação de medidores voltada para a estimação de estado harmônico trifásica em sistemas de distribuição de energia elétrica desequilibrados. O algoritmo de estimação de estado harmônico desenvolvido tem como entrada os fasores de tensão e de corrente em pontos pré-definidos de medição sobre os alimentadores em análise. Para a alocação dos medidores, verificou-se a necessidade de a mesma ser realizada e direcionada para este problema, e um algoritmo de otimização em específico foi desenvolvido utilizando algoritmos genéticos. Para a estimação de estado harmônico, a técnica de Decomposição em Valores Singulares foi utilizada, por ser adequada a sistemas não completamente observáveis. Em relação às simulações, cargas não lineares (ou perturbadoras) foram conectadas ao longo dos alimentadores testes do IEEE de 13, 34 e 37 barras, considerando configuração trifásica assimétrica para as linhas e cargas desbalanceadas. Todas as simulações computacionais foram realizadas dispondo do programa DIgSILENT PowerFactory. Os resultados satisfatórios encontrados denotam que o desempenho do estimador desenvolvido é dependente dos pontos de medição pré-definidos a partir da alocação dos medidores realizada. Pela metodologia implementada e aplicada, o algoritmo de estimação de estado harmônico veio a corretamente calcular todas as variáveis de estado e, consequentemente, os sistemas testes em análise tornaram-se completamente observáveis para todas as fases e ordens harmônicas caracterizadas. / This research aims for the development of a monitoring methodology through the allo-cation of meters in order to perform a three-phase harmonic state estimation in unbalanced distribution systems. The harmonic state estimation algorithm developed has voltage and current phasors as inputs at predefined measurement points on the feeders about analysis. For an allocation of the meters, there was a need for it to be performed and directed to this problem, and a specific optimization algorithm was developed using Genetic Algorithms. For a harmonic state estimation, the Singular Value Decomposition technique was made, because it is suitable for systems that are not completely observable. Regarding the simulations, the non-linear (or disturbing) loads were connected along the test feeders of the IEEE of 13, 34 and 37 bus, considering the three-phase asymmetric configuration for lines and loads. All computational simulations were performed in the DIgSILENT PowerFactory software. The satisfactory results found note that the performance of the developed estimator depends on the pre-defined measurement points from the allocation of the realized meters. By the applied methodology, the harmonic state estimation algorithm came to correctly calculate all the state variables and, consequently, the test systems about analysis became fully observable for all phases and harmonic orders characterized.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / A premissa pelo uso racional da Ãgua tem demandado informaÃÃes em escalas de espaÃo e tempo cada vez menores. Neste estudo investiga-se a sensibilidade da simulaÃÃo climÃtica de um downscaling dinÃmico de precipitaÃÃo (1971-2000) acoplado a um modelo chuva-vazÃo e sua aplicaÃÃo na operaÃÃo de um reservatÃrio hÃdrico na regiÃo semi-Ãrida do Estado do CearÃ. Foi dada uma Ãnfase a escala intrasazonal (abaixo de um mÃs) em anos de contrastess climÃticos classificados como de La NiÃa, El NiÃo e Normais ocorridos no Oceano PacÃfico Tropical. Foram usados o modelo de circulaÃÃo geral da atmosfera ECHAM4.5, e o modelo regional, denominado de Modelo Regional Espectral (MRE), versÃo 97, do National Centers for Atmospheric Prediction- NCEP. O MRE foi aninhado aos dados simulados pelo ECHAM4.5 tendo como condiÃÃo de contorno a Temperatura da SuperfÃcie do Mar observada no perÃodo de janeiro a junho de 1971-2000. Para a estimativa de vazÃo foi usado o modelo SMAP. Entre os principais resultados citam-se: apÃs a correÃÃo pela tÃcnica das Probability Density Functions (PDFs), os dados simulados pelo MRE, conseguiram capturar melhor a variabilidade diÃria da precipitaÃÃo no posto fluviomÃtrico de Iguatu, mÃdia entre 01 de janeiro e 30 de junho. A explicaÃÃo da variÃncia antes da correÃÃo foi de menos de 5%, passando a em torno de 40% apÃs as correÃÃes pelas PDFs. As simulaÃÃes de vazÃo, analisadas pela explicaÃÃo da variÃncia, coeficiente de correlaÃÃo ao quadrado, mostraram que hà um ganho de explicaÃÃo desta variÃncia de duas ou mais vezes, quando se compara esta explicaÃÃo em relaÃÃo à precipitaÃÃo. Este ganho foi observado tanto para perÃodos diÃrios, pentadais e quinzenais e para todo o perÃodo (1971-2000). Mais de 70% do sinal das anomalias pentadais de vazÃo foram bem simulados. SimulaÃÃes de volume de um reservatÃrio hipotÃtico (com as caracterÃsticas do AÃude OrÃs), com volume inicial V0=0,25k (capacidade mÃxima - 1940 hm3), 0,50k e 0,75k, mostraram que hà potencial do uso dessa informaÃÃo de precipitaÃÃo em cascata com o modelo chuva-vazÃo, em particular para os anos classificados como Normais. A explicaÃÃo da variÃncia entre os volumes simulados e observados diÃrios, para os meses de janeiro a junho, para estes anos Normais tiveram resultados mais expressivos. Esta ficou torno ou mais de 80%. Em sÃntese, os resultados evidenciaram o potencial de uso da simulaÃÃo acoplada da modelagem dinÃmica atmosfÃrica com a modelagem hidrolÃgica associada à operaÃÃo do reservatÃrio. / The premiss for the rational use of water has demanded information on smaller space and time scales. This study investigates the sensitivity of climate simulation of a dynamic downscaling of precipitation (1971-2000) coupled to a rain-flow model and its application to the operation of a water reservoir in the semi-arid region of Cearà State. Emphasis was given to intra seasonal scale (smaller than a month) in years of climatic contrasts classified with La NiÃa, El NiÃo and Normals (averaged) in the Tropical Pacific Ocean. We used atmospheric general circulation model ECHAM4.5, and the Regional Spectral Model (RMS), version 97 of National Center for Atmospheric Prediction-NCEP. The RSM was nested with data simulated by ECHAM4.5, taking as boundary condition the sea surface temperature observed in the period January to June 1971-2000. For estimating streamflow we rate used the SMAP model. Results show that after the technique of Probability Density Functions (PDFs) correction, the simulation by RSM, best captured daily variability of precipitation at fluviometric post of Iguatu, average, from 01 January to 30 June. The explaned variance before the correction was less than 5%, rising to around 40% after the correction by PDFs. The simulations of streamflow, analyzed by the explaned variance, square of correlation coefficient, shows that there is a two or more gain of explaned this variance, as compared with explanation to streamflow in relation to rainfall. This gain is observed for all periods (daily and accumulated five and fifteen days), and for the entire period (1971-2000). More than 70% pentads anomalies of stramflow were well simulated. Simulations of volume of a hypothetical reservoir (with the characteristics of the OrÃs Dam) with initial volum V0 = 0.25k ( maxim capacity - 1940 hm3), 0.50k and 0.75k, showed that there is the potential use of that cascade information of precipitation with rain-flow model, in particular for averaged years classified. The explanation of the variance between simulated and observed daily volumes for the months of January to June, for these years Normal results was more expressive. This was about 80%. In summary, the results showed the potential for use of coupled simulation model between atmospheric modeling water associated with the reservoir operation.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:11:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO Marcos Muller2.pdf: 3169941 bytes, checksum: 9c51b1da2e6c3f07726daa30c819efbb (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / Fundação Parque Tecnológico Itaipu / This work presents the use of clustering techniques in load curves for the similar days method for load forecasting, in order to obtain a reduced data to achieve a faster computational algorithm, while achieving similar or superior performance compared to those obtained by the traditional method that makes use of the original data set. The method allows to perform similar day load forecasting using short-term historical data from the consumption of electricity at consumers level, and related data, which allow tracing analogies to a future day. Conventional implementations of the method are used for comparison and validation. The scenario that provides the data for the studies, as well as the equipment, and data preprocessing stage, are presented. The methodology is validated using the cluster silhoute analysis. With the MAPE values was possible to verify the forecast, indicating superiority of the method based on clustered load curves. / Este trabalho apresenta a utilização de clusterização de curvas de carga do nível menos agregado para o método de dias similares, com o objetivo de obter conjuntos reduzidos de dados que imponham menores cargas computacionais ao algoritmo de previsão, e permitir ainda, desempenhos similares ou superiores quando comparados aos obtidos pelo método de dias similares que faz uso do conjunto original de dados. O método de dias similares permite realizar previsão de carga de curtíssimo prazo a partir de dados históricos de consumo de energia elétrica, além de dados correlatos, que permitem traçar analogias com um dia futuro. Implementações convencionais do mesmo método são utilizadas para comparação de resultados. O cenário que fornece os dados para os estudos, assim como os equipamentos empregados e a etapa de pré-processamento de dados são apresentadas. A análise de silhuetas de cluster foi empregada com o objetivo de validar os agrupamentos. Por meio do cálculo do MAPE foi possível verificar a assertividade das previsões, indicando superioridade daquela baseada nas curvas de carga clusterizadas.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The aim of this research was to develop a seed moisture measurement system (M.M.S.) prototype that could be embedded on a combine to harvest and analyze experimental plots. It must be able to reach the claims of seed research companies. This kind of system is trade available, though there is no technology designed in Brazil and it is imported in a high cost. To reach the aim, seven construction requirement were defined. The M.M.S. was designed and constructed obeying such requirements. Fixed frequency in 10 kHz, its operation distinguishes itself by gathering constructive characteristics capacitive sensors of parallel plates as well as concentric cylinders. Its calibration was performed using corn seeds (Zea mays L.) artificially moistened through methodology that was preliminarily developed. The calibration curve was obtained by the correlation between the sensor output voltage and the moisture seed sample. Modeling (estimated by Linear Least Squares Fitting technique and evaluated by analysis of variance) consists of three lines which delimit three reading bands (selected automatically by system). The total M.M.S. reading extends from 10 to 30 %. The system checking was comprised by comparing the prototype results to results obtained by standard oven method and three other indirect measurement methods. Thus, the prototype was achieved through the construction of a moisture measurement system that attends the construction requirements, using automatic reading temperature correction and taking into account all the conditions to be embedded on combines. / O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento do prot´otipo de um sistema de medi¸c ao de umidade de sementes, que possa ser embarcado em uma colhedora para colheita e an´alise de parcelas experimentais e que atenda `as necessidades das empresas de pesquisa que atuam no melhoramento de plantas. Este sistema est´a dispon´ıvel no com´ercio, por´em ´e importado a alto custo. A constru¸c ao do sistema de medi¸c ao de umidade foi feita obedecendo a alguns requisitos previamente definidos. Trabalhando com uma freq¨u encia fixa de 10 kHz, distingue-se por reunir caracter´ısticas construtivas dos sensores capacitivos de placas paralelas bem como os de cilindros conc entricos. Sua calibra¸c ao foi feita utilizando sementes de milho (Zea mays L.) umedecidas artificialmente mediante metodologia desenvolvida preliminarmente. A curva de calibra¸c ao foi obtida pela correla¸c ao da tens ao de sa´ıda do sensor com o teor de ´agua presente na amostra de sementes. O modelo (estimado pelo m´etodo de regress ao por m´ınimos-quadrados e avaliado por an´alise de vari ancia) consiste de tr es retas que delimitam tr es faixas de leitura (selecionadas automaticamente pelo sistema). A faixa capaz de medi¸c ao de umidade corresponde `a de 10 a 30 %. A aferi¸c ao do sistema foi delineada pela compara¸c ao dos resultados do prot´otipo com os resultados obtidos por um m´etodo padr ao de estufa e auxiliada por outros tr es m´etodos indiretos de medi¸c ao. Assim, a proposta de desenvolvimento do prot´otipo foi atingida atrav´es da constru- ¸c ao de um sistema de medi¸c ao de umidade que atende aos requisitos de constru¸c ao impostos, possuindo corre¸c ao autom´atica de leitura em fun¸c ao da temperatura ambiente e atendendo a todas as condi¸c oes para ser embarcado em colhedoras. / Doutor em Engenharia Mecânica

Nos sistemas de distribuição, a grande ramificação, radialidade, heterogeneidade, dinâmica das cargas e demais particularidades, impõem dificuldades à localização de faltas, representando um desafio permanente na busca por melhores indicadores de continuidade e confiabilidade no fornecimento de energia elétrica. A regulação incisiva dos órgãos do setor, a penetração de geração distribuída e a tendência de modernização trazida pelas redes inteligentes, demandam detalhados estudos para readequação dos sistemas elétricos a conjuntura atual. Neste contexto, esta tese propõe o desenvolvimento de uma metodologia para localização de faltas em sistemas de distribuição empregando a capacidade dos medidores inteligentes de monitoramento e de aquisição de tensão em diferentes pontos da rede elétrica. A abordagem proposta baseia-se na estimação, por ferramentas de aprendizado de máquina, das impedâncias de sequência zero e positiva entre os pontos de alocação dos medidores inteligentes e de ocorrência de falta, e do estado de sensibilização destes medidores frente a correntes de falta. Assim, calculando-se as respectivas distâncias elétricas em função das impedâncias estimadas e definidas as direções das mesmas em relação a topologia da rede, busca-se identificar o ponto ou área com maior sobreposição de distâncias elétricas como o local ou a região de maior probabilidade da falta em relação aos medidores inteligentes. Para tanto, faz-se uso combinado de ferramentas convencionais e inteligentes pela aplicação dos conceitos de análise de sistemas elétricos, diagnóstico dos desvios de tensão, e classificação de padrões por meio da técnica de aprendizado de máquina denominada Árvore de Decisão. Os resultados obtidos pela aplicação desta metodologia demonstram que o uso de informações redundantes fornecidas pelos medidores inteligentes minimiza os erros de estimação. Além disso, para a maior parte dos casos testados o erro absoluto máximo de localização da falta se concentra entre 200 m e 1000 m, o que reduz a busca pelo local de ocorrência da falta pelas equipes de manutenção da rede elétrica. / In distribution systems, the dense branching, radial pattern, heterogeneity, dynamic of the loads, and other characteristics create several difficulties in defining the fault location, representing a great challenge in the search for better continuity and reliability indicators of the electrical energy supply. The intense government regulations, the increasing use of distributed generation, and the trend towards modernization via smart grids require a detailed study in order to upgrade the current systems. In this context, this thesis proposes a methodology development for fault location in distribution systems with the use of smart meters monitors and the acquisition of voltage at different points in the electrical network. The proposed method is based on the estimation, using machine learning, of the state of awareness of smart meters across the fault currents and of the zero and positive sequence impedance between the location of these meters and of the fault occurrence. Therefore, by calculating the electrical distances as a function of the estimated impedances and defining its the direction in relation to the network topology, the point/region with the biggest superposition of the electrical distances can be assigned as the point/region with the highest probability of fault occurrence in relation to the smart probes. For this purpose, a machine learning technique named decision tree is used to apply concept analyses to the electrical systems, diagnosis of voltage deviations, and pattern recognition of the electrical systems. The results obtained by the application of this methodology demonstrate that the use of redundant information provided by the smart meters minimizes estimation errors. In addition, for most of the cases tested, the maximum absolute error of the fault location is concentrated between 200 m and 1000 m, which reduces the search for the fault location by the maintenance teams of the electrical network.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho é proposto e apresentado um medidor inteligente de energia elétrica considerando os métodos de medição classe S especificados no PRODIST e na norma IEC 61000-4-30. O medidor proposto calcula os valores eficazes de tensão e corrente, as potências aparente, ativa e reativa, o fator de potência, a frequência, as distorções harmônicas e detecta a ocorrência de variações de tensão de curta duração. Como principais contribuições deste trabalho, pode-se citar a avaliação de métodos existentes e a proposta de um novo método para detectar a origem de distúrbios em relação à localização do medidor. Propôs-se também uma interface gráfica que permite o monitoramento dos parâmetros elétricos e de qualidade de energia, e ainda possibilita a interação do consumidor para a obtenção o de informações detalhadas sobre o estado da rede. O medidor pode ser utilizado como um registrador de dados e permite o acesso à sua interface gráfica por meio da utilização da porta de comunicação ethernet. Para a validação inicial, realizaram-se simulações computacionais, a partir de um modelo de consumidor residencial, em diferentes cenários de operação. Na etapa de validação experimental, foi utilizada uma fonte de geração de sinais e realizaram se testes com o medidor conectado à rede de distribuição de baixa tensão. A partir destas etapas foi possível verificar o funcionamento da interface gráfica e validar o funcionamento do medidor inteligente proposto. / In this study, a smart meter is presented, which considers the class S measurement methods specified at IEC 61000-4-30 standard and PRODIST. The proposed smart meter calculates RMS voltage and current values, active, reactive and apparent powers, power factor, frequency, harmonic distortions and detects short duration voltage variations. As main contributions of this study, it can be mentioned the evaluation of existing methods and the proposal of a new method to determine on which side of a recording device a disturbance originates. It’s also developed a graphical interface that allows the monitoring of electrical and power quality parameters and it enables consumer interaction to get detailed power grid information. The smart meter can also be used as a data logger and it allows access to its graphical interface through ethernet communication port. For the initial validation, computer simulations were performed through a residential consumer model in different operating scenarios. The experimental validation tests were carried out using an AC power source and the smart meter has been connected to low-voltage distribution grid. Through these steps, it was possible to verify the interface operation and to validate the proposed smart meter operation.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2004-12-03Bitstream added on 2014-06-13T18:52:41Z : No. of bitstreams: 1 thomazella_r_me_bauru_prot.pdf: 788309 bytes, checksum: a630d7e9326542247d07d560a3da2dd5 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho visa o desenvolvimento de uma ferramenta computacional confiável na análise e estimação dos níveis de tensões induzidas em linhas de distribuição. Neste contexto, utilizam-se ferramentas computacionais consolidadas, como o ATP (Alternative Transients Program), que combinado a um software desenvolvido em Visual Basic, permitem quantificar e avaliar o nível de sobretensões nas linhas de distribuição. Por meio de modificações nas técnicas clássicas de modelagem das descargas atmosféricas, foi possível a construção de um software em Visual Basic capaz de quantificar os valores das tensões induzidas em linhas de distribuição finitas. A avaliação dos níveis de sobretensões induzidas nas mesmas foi implementada pela associação deste software a um programa de simulação (ATP), a fim de se obter resultados fidedignos deste transitório. Tais resultados foram utilizados para se avaliar o desempenho das... / The present work aims at the development of a trustworthy computacional tool in the analysis and estimate of the levels of induced overvoltage in distribution network. In this context, consolidated computacional tools are used, as ATP (Alternative Transients Program), that combined with a software developed in Visual Basic (beginner's all-purpose symbolic instruction code), they allow to quantify and to evaluate the level of overvoltage in the distribution network. By the means of modifications in the classic techniques of modeling of the atmospheric discharges, the construction of a software in Visual Basic was possible to quantify the values of the induced overvoltage in a finite... (Complete abstract click electronic access below)

Os impactos causados por precipitações em áreas urbanas indicam a necessidade da abordagem de medidas para gerenciamento da drenagem urbana, de modo a evitar prejuízos originados dos escoamentos superficiais, como as inundações. A drenagem urbana brasileira é considerada defasada, visto que o conceito da canalização prevalece sobre a reservação e a infiltração, priorizando o rápido escoamento ao invés do descarte controlado dos volumes reservados. A cidade de Curitiba-PR conta com o Decreto Municipal Número 176/2007, responsável pelos critérios para implantação dos mecanismos de contenção de cheias. Porém, as diretrizes de projeto estabelecidas não garantem eficiência mínima para os reservatórios de contenção, visto que a mesma pode variar em função da sua área de base, lâmina de água e diâmetro do orifício regulador de vazão. Nesta pesquisa é proposto um método de dimensionamento, estabelecendo critérios que relacionam as áreas impermeabilizadas dos lotes aos parâmetros de dimensionamento dos reservatórios, garantindo a função desta medida de controle. Considerando que os reservatórios devem proporcionar à dada área impermeabilizada retornar à sua condição de pré-urbanização em termos de vazões de contribuição, estima-se o valor necessário para a redução de vazão de pico em 70,24%, obtido da relação entre os coeficientes de escoamento superficial em ambas as condições de impermeabilização. A partir de simulações de propagação de vazão com o Método de Pulz em áreas impermeabilizadas genéricas em intervalos constantes adotados para o estudo, são obtidos gráficos das características geométricas dos reservatórios em função da vazão de contribuição que cada área genérica recebe. A partir da análise comportamental dos mesmos são propostas equações de dimensionamento para os parâmetros de volume, área de base, altura da lâmina de água e diâmetro do orifício regulador de vazão, relacionando-os às áreas impermeabilizadas presentes, de modo que seja garantida a eficiência mínima necessária. Ao comparar os resultados obtidos com o previsto na legislação municipal, além da possibilidade de melhoria na eficiência dos reservatórios com a utilização de outros parâmetros de dimensionamento, há condição de redução de 24,14% do volume em relação ao cálculo atual. / The impacts caused by rainfall in urban areas indicate the need to approach measures for managing urban drainage, in order to avoid losses arising from runoff, such as floods. Brazilian urban drainage is considered outdated, because the concept of channeling is more used than the reservation and infiltration, prioritizing fast flowing instead of controlled disposal of reserved volumes. The city of CuritibaPR has a Municipal Decree Number 176/2007, responsible for the criteria for implementation of flood containment mechanisms. However, the established design guidelines do not guarantee minimum performance for flood detention tanks, since it may vary depending on their base area, water depth and flow regulator’s orifice diameter. In this research is proposed a sizing method, establishing criteria that relate waterproofed areas of the lots to the tank design parameters, ensuring the function of this control measure. Considering that tanks must provide the given waterproofed area return to its condition before urbanization in contributing flows, determine the value of the required peak flow reduction in 70,24%, obtained from the relation between the coefficients of runoff in both waterproofing conditions. From flow propagation simulations with Pulz Method in generic waterproofed areas at constant intervals adopted for the research, graphs of the geometric characteristics of the reservoirs are obtained as a function of the contribution flow that each generic area receives. From the behavioral analysis, sizing equations are proposed for the parameters of volume, base area, water depth and flow regulator’s orifice diameter, relating them to the present waterproofed areas and ensuring the required efficiency. When comparing the results obtained with the provisions of municipal legislation, in addition to the possibility of improving the efficiency of the reservoirs using other sizing parameters, it points to the possibility of reducing the calculated volume of 24,14% in relation to the current calculation.

Este estudo desenvolve uma técnica para caracterizar o escoamento bifásico, utilizando sensores de deformação baseados em redes de Bragg em fibras ópticas. Esses sensores apresentam características relevantes, a pequena dimensão e a possibilidade de medição com precisão em um grande número de parâmetros em condições diversas. A unidade sensora é constituída por uma rede de Bragg em fibra óptica posicionada transversalmente em relação ao escoamento e fixado nas paredes do tubo. A pressão hidrodinâmica aplicada pelo escoamento de líquido ou pelo escoamento de líquido e gás induz deformação na fibra óptica, a qual pode ser detectada pela rede de Bragg. Como a pressão aplicada está diretamente relacionada com a vazão mássica, é possível estabelecer uma relação usando o deslocamento do comprimento de onda da ressonância da rede de Bragg para determinar a vazão mássica quando a velocidade de escoamento é bem conhecida. No escoamento bifásico, há uma alteração significativa na força aplicada na fibra óptica, a qual contabiliza as densidades distintas das referidas substâncias. Logo, a deformação da fibra óptica e a correspondente mudança de comprimento de onda de rede de Bragg serão muito diferentes quando no escoamento houver uma bolha de ar ou um pistão de líquido, permitindo, assim a sua detecção à medida que o escoamento flui através do tubo. Devido a sua capacidade de multiplexação e versatilidade, o uso de sensores de redes de Bragg em fibra óptica mostrou ser particularmente adequado para esta aplicação. Uma ferramenta de detecção de 18 sensores quase distribuídos uniformemente ao longo do tubo foi desenvolvida tornando possível a caracterização do escoamento, bem como o acompanhamento das bolhas de ar ao longo de uma grande parte do escoamento. Os ensaios foram realizados em uma planta piloto de escoamento bifásico gás-líquido, onde diversas condições operacionais foram geradas e analisadas. A técnica desenvolvida foi validada através de comparações com modelos termodinâmicos empíricos disponíveis na literatura e também com o sensor wire-mesh, apresentando boa concordância com os valores de referência. O estudo viabiliza a construção futura de sensores para serem empregados na obtenção de parâmetros importantes nos modelos de escoamento multifásico, abrindo muitas oportunidades para ferramentas de medição de laboratório e aplicações de campo. / This study developed a technique to characterize the two phase flow using optical fiber Bragg grating strain sensors. These sensors have features such as small size, flexibility, allowing to accurately measure a number of parameters under adverse conditions. The sensor unit consists of optical fiber Bragg grating positioned transversely to the flow and fixed in the pipe walls. The hydrodynamic pressure applied by the liquid or air/liquid flow to the optical fiber induces deformation that can be detected by the optical fiber Bragg grating. Given that the applied pressure is directly related to the mass flow it is possible to establish a relationship using the grating resonance wavelength shift to determine the mass flow when the flow velocity is well known. For two phase flows of air and liquid there is a significant change in the force applied to fiber that is accounted for the very distinct densities of these substances. As a consequence the optical fiber deformation and the correspondent grating wavelength shift as function of the flow will be very different for an air bubble or a liquid slug allowing their detection as they flow through the pipe. Due to its versatility and multiplexing capabilities optical fiber Bragg gratings are particularly suitable for this application. The experiments were performed in a pilot plant using air-water two-phase flows, in which various operating conditions were generated and analyzed. A quasi-distributed sensing tool with 18 sensors evenly spread along the pipe is developed and characterized making possible the characterization of the flow as well as the tracking of the bubbles over a large section of the test bed. The technique developed was validated through comparisons with available empirical mechanical models and also with the wire- mesh sensor, showing good agreement with the reference values. The study allows for the future construction of sensors that can be used to assist empirical models of multiphase flows, and open up plenty of opportunities to both laboratory measurement tools as well as field applications.

Este estudo desenvolve uma técnica para caracterizar o escoamento bifásico, utilizando sensores de deformação baseados em redes de Bragg em fibras ópticas. Esses sensores apresentam características relevantes, a pequena dimensão e a possibilidade de medição com precisão em um grande número de parâmetros em condições diversas. A unidade sensora é constituída por uma rede de Bragg em fibra óptica posicionada transversalmente em relação ao escoamento e fixado nas paredes do tubo. A pressão hidrodinâmica aplicada pelo escoamento de líquido ou pelo escoamento de líquido e gás induz deformação na fibra óptica, a qual pode ser detectada pela rede de Bragg. Como a pressão aplicada está diretamente relacionada com a vazão mássica, é possível estabelecer uma relação usando o deslocamento do comprimento de onda da ressonância da rede de Bragg para determinar a vazão mássica quando a velocidade de escoamento é bem conhecida. No escoamento bifásico, há uma alteração significativa na força aplicada na fibra óptica, a qual contabiliza as densidades distintas das referidas substâncias. Logo, a deformação da fibra óptica e a correspondente mudança de comprimento de onda de rede de Bragg serão muito diferentes quando no escoamento houver uma bolha de ar ou um pistão de líquido, permitindo, assim a sua detecção à medida que o escoamento flui através do tubo. Devido a sua capacidade de multiplexação e versatilidade, o uso de sensores de redes de Bragg em fibra óptica mostrou ser particularmente adequado para esta aplicação. Uma ferramenta de detecção de 18 sensores quase distribuídos uniformemente ao longo do tubo foi desenvolvida tornando possível a caracterização do escoamento, bem como o acompanhamento das bolhas de ar ao longo de uma grande parte do escoamento. Os ensaios foram realizados em uma planta piloto de escoamento bifásico gás-líquido, onde diversas condições operacionais foram geradas e analisadas. A técnica desenvolvida foi validada através de comparações com modelos termodinâmicos empíricos disponíveis na literatura e também com o sensor wire-mesh, apresentando boa concordância com os valores de referência. O estudo viabiliza a construção futura de sensores para serem empregados na obtenção de parâmetros importantes nos modelos de escoamento multifásico, abrindo muitas oportunidades para ferramentas de medição de laboratório e aplicações de campo. / This study developed a technique to characterize the two phase flow using optical fiber Bragg grating strain sensors. These sensors have features such as small size, flexibility, allowing to accurately measure a number of parameters under adverse conditions. The sensor unit consists of optical fiber Bragg grating positioned transversely to the flow and fixed in the pipe walls. The hydrodynamic pressure applied by the liquid or air/liquid flow to the optical fiber induces deformation that can be detected by the optical fiber Bragg grating. Given that the applied pressure is directly related to the mass flow it is possible to establish a relationship using the grating resonance wavelength shift to determine the mass flow when the flow velocity is well known. For two phase flows of air and liquid there is a significant change in the force applied to fiber that is accounted for the very distinct densities of these substances. As a consequence the optical fiber deformation and the correspondent grating wavelength shift as function of the flow will be very different for an air bubble or a liquid slug allowing their detection as they flow through the pipe. Due to its versatility and multiplexing capabilities optical fiber Bragg gratings are particularly suitable for this application. The experiments were performed in a pilot plant using air-water two-phase flows, in which various operating conditions were generated and analyzed. A quasi-distributed sensing tool with 18 sensors evenly spread along the pipe is developed and characterized making possible the characterization of the flow as well as the tracking of the bubbles over a large section of the test bed. The technique developed was validated through comparisons with available empirical mechanical models and also with the wire- mesh sensor, showing good agreement with the reference values. The study allows for the future construction of sensors that can be used to assist empirical models of multiphase flows, and open up plenty of opportunities to both laboratory measurement tools as well as field applications.