Aplicação de células ultrassônicas para a caracterização de emulsões água em óleo.

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Lemos Durán, Alberto
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Backscattering sensor; Caracterização de fluidos; Célula de espalhamento; Células ultrassônicas; Characterization of fluids; Emulsões de água em óleo; Processamento de sinais; Signal processing; Ultrasonic sensors; Water-in-oil emulsions
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-18012022-121232/

Neste trabalho foram usadas duas células ultrassônicas para a caracterização de emulsões de água em óleo, uma com linhas de retardo e a outra com espalhadores. Foi utilizado um transdutor ultrassônico comercial de 3,50 MHz, operando no modo pulso-eco, e as amostras testadas foram de água em óleo hidráulico, e de água em petróleo, com concentrações de água entre 0% e 50% em volume. A primeira célula permitiu medir as seguintes propriedades acústicas das amostras em função da concentração de água: velocidade de propagação, coeficiente de reflexão, impedância acústica, densidade e atenuação acústica. As primeiras quatro propriedades foram comparadas às obtidas pelo modelo teórico de misturas de Urick, resultando em uma diferença inferior a 2%. A atenuação acústica da água foi comparada com valores da literatura, tendo-se obtido um erro bastante maior. Com a segunda célula, foi realizado o monitoramento das emulsões, com a intenção de estudar a sensibilidade da célula e a estabilidade das emulsões em função da temperatura e da concentração de água. Para isto, foram utilizados os parâmetros: correlação cruzada, correlação cruzada com os sinais normalizados e energia de onda. Os resultados obtidos com a célula de espalhamento mostraram uma maior dependência com a concentração do que com o efeito de coalescência, o que sugere uma menor sensibilidade ao tamanho de gota. Inicial mente, foram realizados testes à temperatura de 25C, observando-se boa resolução para concentrações de água inferiores a 20% ao se empregar os métodos de correlação cruzada, e boa resolução em toda a faixa de concentrações medidas usando a energia de onda. Entretanto, após serem realizadas algumas modificações na célula, e na janela de análise dos sinais, a resolução aumentou para todos os parâmetros. Com a célula modificada, foram realizados experimentos às temperaturas de 20, 25 e 30C. As curvas de correlação cruzada e de energia de onda foram dependentes da concentração e independentes da temperatura (todas em superposição). Já a correlação cruzada com os sinais normalizados foi dependente de ambas as variáveis, sendo que, para cada temperatura, formaram-se retas de diferentes inclinações, cada vez mais negativa com o aumento da temperatura. O máximo desvio nas curvas de energia foi de 16%, nas de correlação cruzada foi de 6% e nas de correlação cruzada com os sinais normalizados foi de 0,37%. O modelo teórico sugeriu uma curva convexa para a velocidade de propagação e os resultados apresentaram um comportamento linear. No entanto, a partir do método proposto para o cálculo da velocidade, foram obtidos resultados coerentes, com uma diferença inferior a 2%.