Medidor de fração de água para escoamento bifásico (água e óleo) utilizando técnicas de micro-ondas em cavidades ressonantes

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2010Os fluidos extraídos dos poços de produção de petróleo são, em geral, uma composição de óleo, gás, água salgada e sedimentos, onde água e óleo podem formar uma emulsão. Para a indústria do petróleo é de vital interesse conhecer a quantidade de água existente nestes fluidos para poder controlar e melhorar os processos em todas as fases da produção do petróleo. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sensor para medição da fração de água em dutos, que transportam uma mistura bifásica de água e óleo. O medidor bifásico proposto é baseado em tecnologia de micro-ondas e no princípio físico de ressonância em uma cavidade eletromagnética. A medição da fração de água de um fluxo bifásico é realizada pelo monitoramento da frequência ressonante da cavidade eletromagnética, uma vez que a frequência de ressonância é dependente de vários fatores, entre eles a permissividade relativa do meio. Desta maneira têm-se diferentes frequências ressonantes para diferentes frações de água e óleo. Os campos elétricos dentro da cavidade ressonante foram modelados e simulados utilizando o software HFSS (High Frequency Structure Simulator) da Ansoft. Uma versão industrial deste sensor foi desenvolvida para um duto de escoamento de 3", em que um analisador de rede foi utilizado para detectar os picos de ressonâncias e desta forma inferir a fração de água. Resultados de simulação e experimentais, considerando uma mistura bifásica de água e óleo, permitem avaliar o medidor. Os experimentos foram realizados com misturas de água doce e óleo mineral, água doce e óleo diesel e água saturada de sal e óleo diesel. Inicialmente os experimentos foram executados de forma estática e, posteriormente, um sistema foi construído para a realização de experimentos de forma dinâmica