Sensor de nível de líquidos utilizando redes de Bragg em fibra óptica em fibra de carbono

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nicolini Junior, Ademir Carlos
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30846
Resumo: Este trabalho tem o objetivo de demonstrar o desenvolvimento de um sensor de nível para líquidos utilizando redes de Bragg em fibra óptica (FBG). A motivação para o desenvolvimento do sensor é a necessidade de uma alternativa para medição do nível de coluna de líquidos em sistemas que utilizam medidores convencionais, em ambientes cuja imunidade à interferência eletromagnética seja um requisito bem como em ambientes classificados, que possuem riscos de explosão, possuindo uma boa precisão para garantir a alta produtividade e segurança do processo. O encapsulamento utilizado neste projeto está baseado na inserção da FBG em compósito de carbono do tipo PRFC (Polímeros Reforçados por Fibras de Carbono), formando um diafragma rígido, que irá sofrer interferência do peso da coluna de água durante os ensaios do sensor. A validação dos resultados dos ensaios é apresentada, e eles são considerados promissores, sendo constatado uma variação de 24 pm no comprimento de onda de Bragg corresponde a uma alteração de 60 cm de coluna de água. A variação do nível foi realizada em degraus, cada um com 10 cm e correspondendo a 4 pm de deslocamento do comprimento de onda de Bragg. A sensibilidade média para variação de pressão verificada foi de 41,603 pm/kPa e a sensibilidade média para variação de nível de 0,408 pm/cm. O monitoramento da temperatura da água no interior do dispositivo foi realizado com a instalação de uma segunda FBG encapsulada em tubo polietileno e posicionada a aproximadamente 5 cm acima do diafragma no qual o sensor está inserido. Os ensaios foram realizados em laboratório, com temperatura do ambiente controlada. A temperatura da água no interior do dispositivo manteve-se praticamente constante, com pequenas variações que corresponderam a um comprimento de onda de Bragg de aproximadamente 4 pm para a segunda FBG, não provocando interferências na resposta do sensor de nível.
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spelling 2023-03-15T12:18:12Z2023-03-15T12:18:12Z2022-11-25NICOLINI JUNIOR, Ademir Carlos. Sensor de nível de líquidos utilizando redes de bragg em fibra óptica em fibra de carbono. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2022.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30846Este trabalho tem o objetivo de demonstrar o desenvolvimento de um sensor de nível para líquidos utilizando redes de Bragg em fibra óptica (FBG). A motivação para o desenvolvimento do sensor é a necessidade de uma alternativa para medição do nível de coluna de líquidos em sistemas que utilizam medidores convencionais, em ambientes cuja imunidade à interferência eletromagnética seja um requisito bem como em ambientes classificados, que possuem riscos de explosão, possuindo uma boa precisão para garantir a alta produtividade e segurança do processo. O encapsulamento utilizado neste projeto está baseado na inserção da FBG em compósito de carbono do tipo PRFC (Polímeros Reforçados por Fibras de Carbono), formando um diafragma rígido, que irá sofrer interferência do peso da coluna de água durante os ensaios do sensor. A validação dos resultados dos ensaios é apresentada, e eles são considerados promissores, sendo constatado uma variação de 24 pm no comprimento de onda de Bragg corresponde a uma alteração de 60 cm de coluna de água. A variação do nível foi realizada em degraus, cada um com 10 cm e correspondendo a 4 pm de deslocamento do comprimento de onda de Bragg. A sensibilidade média para variação de pressão verificada foi de 41,603 pm/kPa e a sensibilidade média para variação de nível de 0,408 pm/cm. O monitoramento da temperatura da água no interior do dispositivo foi realizado com a instalação de uma segunda FBG encapsulada em tubo polietileno e posicionada a aproximadamente 5 cm acima do diafragma no qual o sensor está inserido. Os ensaios foram realizados em laboratório, com temperatura do ambiente controlada. A temperatura da água no interior do dispositivo manteve-se praticamente constante, com pequenas variações que corresponderam a um comprimento de onda de Bragg de aproximadamente 4 pm para a segunda FBG, não provocando interferências na resposta do sensor de nível.This paper aims to demonstrate the development of a level sensor for liquids using optical fiber Bragg gratings (FBG). The motivation for the development of the sensor is the need for an alternative for measuring the liquid column level in systems that use conventional meters, in environments where immunity to electromagnetic interference is a requirement, as well as in classified environments, which have risks of explosion, having a good precision to guarantee the high productivity and safety of the process. The encapsulation used in this project is based on the insertion of the FBG in carbon composite of the PRFC type (Polymers Reinforced by Carbon Fibers), forming a rigid diaphragm, which will suffer interference from the weight of the water column during the sensor tests. The validation of the test results is presented, and they are considered promising, with a variation of 24 pm in the Bragg wavelength corresponding to a change of 60 cm in the water column. The level variation was performed in steps, each with 10 cm and corresponding to a 4 pm shift in the Bragg wavelength. The average sensitivity for the verified pressure variation was 41.603 pm/kPa and the average sensitivity for the level variation was 0.408 pm/cm. The monitoring of the water temperature inside the device was performed with the installation of a second FBG encapsulated in a polyethylene tube and positioned approximately 5 cm above the diaphragm in which the sensor is inserted. The tests were carried out in the laboratory, with controlled ambient temperature. The temperature of the water inside the device remained practically constant, with small variations that corresponded to a Bragg wavelength of approximately 4 pm for the second FBG, not causing interference in the response of the level sensor.Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP)Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do ParanáporUniversidade Tecnológica Federal do ParanáPato BrancoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUTFPRBrasilhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAEngenharia/Tecnologia/GestãoRedes de BraggDetectoresFibras de carbonoBragg gratingsDetectorsCarbon fibersSensor de nível de líquidos utilizando redes de Bragg em fibra óptica em fibra de carbonoLiquid level sensor using carbon fiber Bragg gratingsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisPato BrancoSousa, Kleiton de Moraishttps://orcid.org/0000-0003-0060-3875http://lattes.cnpq.br/5409590007366145Dreyer, Uilian Joséhttps://orcid.org/0000-0001-9720-4410http://lattes.cnpq.br/6015434912116988Kuhn, Gustavo Gomeshttps://orcid.org/0000-0002-7586-3674http://lattes.cnpq.br/1638469780688893Lourenço Junior, Ivo dehttps://orcid.org/0000-0001-7729-4228http://lattes.cnpq.br/0865676350358833Pelegrin, Jessé dehttp://lattes.cnpq.br/5213167688541380Sousa, Kleiton de Moraishttps://orcid.org/0000-0003-0060-3875http://lattes.cnpq.br/5409590007366145http://lattes.cnpq.br/3186058665205124Nicolini Junior, Ademir Carlosreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPRORIGINALsensornivelfbg.pdf.pdfapplication/pdf9563303http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/30846/1/sensornivelfbg.pdf.pdf945d9dc223c25d4cc18bc5ce38a0a1d1MD51TEXTsensornivelfbg.pdf.pdf.txtsensornivelfbg.pdf.pdf.txtExtracted texttext/plain77274http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/30846/2/sensornivelfbg.pdf.pdf.txt1035d1a62156d0d192c569160cd3a110MD52THUMBNAILsensornivelfbg.pdf.pdf.jpgsensornivelfbg.pdf.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1223http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/30846/3/sensornivelfbg.pdf.pdf.jpgae79fddb1fbdd88c8fc87e5f40d94ab0MD531/308462023-03-16 03:07:34.421oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/30846Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestopendoar:2023-03-16T06:07:34Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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