Uso da Velocimetria por Imagem de Partícula (PIV) na Indústria do Petróleo

Transcrição

1 Apresentação Uso da Velocimetria por Imagem de Partícula (PIV) na Indústria do Petróleo Rodrigo de Lima Amaral

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3 Velocimetria por imagem de partícula PIV

4 Velocimetria por imagem de Partícula (PIV) Figura 1 Velocimetria por imagem de Partícula (PIV)

5 Tipos de PIV

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7 PIV Clássica

8 PIV Clássica Figura 2 - Princípio de funcionamento da velocimetria por imagem de partícula (PIV) (AMARAL, 2013a).

9 PIV Clássica Figura 3 Exemplo de configuração de um sistema PIV

10 PIV Clássica Figura 4 Princípio de funcionamento da PIV Clássica

11 PIV Clássica Figura 4 Princípio de funcionamento da PIV Clássica.

12 PIV Clássica - Calibração Figura 5 Placa de calibração do sistema PIV (LaVision, 2007)

13 PIV Clássica Figura 6 Princípio de funcionamento da PIV Clássica

14 PIV Clássica Figura 7 - a) Imagem da câmera 1 sem pré processamento e (b) com pré processamento (Amaral et al, 2012a).

15 PIV Clássica Figura 4 Princípio de funcionamento da PIV Clássica

16 PIV Clássica Figura 8 - a) Representação esquemática da gravação PIV; b) Esquema do procedimento de correlação cruzada (Amaral, 2012b).

17 Figura 9 - Princípio da análise estatística na interrogação PIV (Adaptado de Adrian e Westerweel (2011) por Amaral (2013a))

18 Figura 10 Distribuição da Velocidade na direção Y sem pós-processamento

19 Stereo-PIV

20 Stereo-PIV Figura 11 Exemplo de configuração de um sistema Stereo-PIV

21 Stereo-PIV Figura 12 (a) Erro na medida do deslocamento da imagem de partícula no plano devido ao movimento da partícula para fora do plano do objeto (plano iluminado) e (b) configuração de translação para Stereo-PIV (Adaptado de Prasad, 2000).

22 Stereo-PIV Figura 13 Princípio de funcionamento do Stereo-PIV

23 Stereo-PIV Figura 13 Princípio de funcionamento do Stereo-PIV

24 Stereo-PIV - Calibração Figura 14 Calibração do sistema Stereo-PIV (LaVision, 2007).

25 Stereo-PIV Figura 13 Princípio de funcionamento do Stereo-PIV

26 Figura 15 Reconstrução 3C para Stereo-PIV (Willert, 1997).

27 Tomographic PIV

28 Tomographic PIV Figura 16 - Princípio de funcionamento da velocimetria por imagem de partícula do tipo tomográfica (PIV Tomográfica) (Amaral, 2013b). 2:21:58 28

29 Tomographic PIV Aplicação Figura 17 Análise das estruturas de Jato para diferentes Nozzles ( Adaptado de Violato e Scarano, 2011)

30 Tomographic PIV - Aplicação Figura 18 Investigação do Impinging Jet por Tomographic PIV (Violato et al., 2010).

31 Tomographic PIV - Aplicação Figura 19 Impinging Jet Exemplo de aplicação. (Fonte:

32 Figura 20 - Princípio de funcionamento da PIV Tomográfica (Amaral, 2013a).

33 Figura 20 - Princípio de funcionamento da PIV Tomográfica (AMARAL, 2013a).

34 Tomographic PIV - Calibração volumétrica Figura 21 - Procedimento de calibração volumétrica (Amaral, 2013b) x F( X) x = (x,y) X = (X, Y, Z) x X dx X, Y y Y dy X, Y 2( 0) x Figura 22 Placa de calibração (Amaral, 2013b) s X X n t 2( Y Y0 ) ny dx a0 a1s a2s a3s a4t a5t a6t a7st a8s t a9st dy b0 b1 s b2s b3s b4t b5t b6t b7st b8s t b9st 34

35 Figura 20 - Princípio de funcionamento da PIV Tomográfica (Amaral, 2013a).

36 Tomographic PIV - Reconstrução Volumétrica Figura 23 Esquema da gravação e da reconstrução tomográfica (Amaral, 2013b). 2:21:58 36

37 Aplicação na indústria do Petróleo PIV

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39 Aplicação na indústria do Petróleo PIV 2012

40 Aplicações na indústria do Petróleo PIV Figura 25 - (a) Placas introduzidas no canal que formam o leito rugoso fixo. (b) Parâmetros envolvidos na determinação da origem do leito de partículas (Figueiredo, 2012)

41 Aplicações na indústria do Petróleo PIV Figura 26 - Perfis das velocidades médias adimensionais obtidos através do ensaio sobre leito rugoso fixo e móvel para d = 160 µm. Vazões representativas de cada ensaio: a) 5,5 m³/h; b) 6 m³/h (Figueiredo, 2012)

42 Aplicação na indústria do Petróleo PIV

43 Aplicação na indústria do Petróleo PIV

44 Aplicação na indústria do Petróleo PIV

45 Aplicações na indústria do Petróleo PIV

46 Aplicação na indústria do Petróleo PIV + Stereo-PIV

47 Aplicação na indústria do Petróleo PIV + Stereo-PIV

48 Aplicação na indústria do Petróleo PIV + Stereo-PIV

49 Aplicação na indústria do Petróleo PIV + Stereo-PIV

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51 Aplicação na indústria do Petróleo PIV + Stereo-PIV

52 Aplicação na indústria do Petróleo Tomographic PIV

53 Aplicação na indústria de Petróleo Tomographic PIV Rodrigo de Lima Amaral Efeito da autocalibração volumétrica para PIV tomográfica no campo de velocidade em uma seção de um riser de um leito fluidizado circulante 2013

54 Aplicação na indústria do Petróleo Tomographic PIV Figura 34 - Princípio de funcionamento da velocimetria por imagem de partícula do tipo tomográfica (PIV Tomográfica) destacando o procedimento de calibração (AMARAL, 2013b).

55 Aplicação na indústria do Petróleo Tomographic PIV Leito Circulante Figura 35 - Esquema do leito circulante (AMARAL, 2013a).

56 Aplicações na indústria do Petróleo Tomographic PIV ρ p 2,4877 g/cm ,7 Kg/m 3 ρ f 1,1 Kg/m 3 μ 0, Kg. m -1 s -1 Qf 140 m 3 /h A 52,7834 cm 2 0, cm 2 U f 26523,49 m/h 7, m/s d p 8E-05 m u* 10,32938 d p * 3, Figura 36 - Caracterização do leito Diagrama de Grace (Kuni e Levenspiel (1991) adaptado por Amaral (2013a)).

57 Aplicações na indústria do Petróleo Tomographic PIV Riser de acrílico 80 x 100 x 30 mm 3 Figura 37 - Região do riser investigada (AMARAL, 2013a).

58 Aplicação na indústria do Petróleo Tomographic PIV Figura 38- Arranjo (a) linear e (b) quadrado das câmeras (AMARAL, 2013a)..

59 Aplicação na indústria do Petróleo Tomographic PIV Figura 39 - (a) Arranjo linear e (b) quadrado das câmeras no riser (AMARAL, 2013a).

60 Aplicação na indústria do Petróleo Tomographic PIV 80 x 100 x 30 mm 3 Figura 40 Leito circulante destacando a posição da placa de calibração (AMARAL, 2013a). 1 M(x ) M(x ) 2 Figura 41 Pontos da placa de calibração (AMARAL, 2013a). c c N 2:21:59 c xc 60

61 2:21:59 Figura 42 (a) Arranjo do sistema de lasers no riser. (b) Feixe de laser no riser (AMARAL, 2013a).

62 2:21:59 Figura 43 (a) Arranjo do sistema de lasers para a formação do volume de iluminação no riser. (b) Espumas pretas usadas para isolar a área investigada (AMARAL, 2013a).

63 Aplicação na indústria do Petróleo Tomographic PIV Figura 44 - Eleito da luz laser no riser para a câmera Q2 (Arranjo cruzado) (AMARAL, 2013a). 2:21:59 63

64 Imagem A 4. Resultados Imagem e Discussão B Imagem C - = riser + laser + partícula rise + laser partícula Figura 45 - Imagem da câmera Q2 (a) antes e (b) após o procedimento de 2:21:59 64 subtração de imagem do riser com e sem as partículas (AMARAL, 2013a).

65 Aplicação na indústria do Petróleo Tomographic PIV Figura 46 - Efeito da luz laser no riser para a câmera L1 (Arranjo linear) (AMARAL, 2013a). 2:21:59 65

66 Imagem A 4. Resultados Imagem e Discussão B Imagem C - = riser + laser + partícula rise + laser partícula Figura 47 - Imagem da câmera L1 (a) antes e (b) após o procedimento de 2:21:59 66 subtração de imagem (no instante t = 0,71s) (AMARAL, 2013a).

67 Aplicação na indústria do Petróleo Tomographic PIV Figura 48 Imagens da câmera 1 em diferentes tempos (AMARAL, 2013a). 2:21:59 67

68 Aplicação na indústria do Petróleo Tomographic PIV Figura 49 Iso-Surfaces da concentração de imagem de partícula reconstruída por volume de interrogação (a) sem e (b) com o procedimento de autocalibração no mesmo instante (AMARAL, 2013a) 2:21:59 68

69 Aplicação na indústria do Petróleo Tomographic PIV Figura 50 Iso-Surfaces do módulo da velocidade média (a) sem e (b) com o procedimento de autocalibração (AMARAL, 2013a).

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71 Muito Obrigado!

72 Referências AMARAL, R. L. Efeito da autocalibração volumétrica para PIV tomográfica no campo de velocidade em uma seção de um riser de um leito fluidizado circulante. Dissertação de Mestrado. FEQ-UNICAMP. Campinas-SP, 2013a. AMARAL, R. L. Efeito da autocalibração volumétrica para PIV tomográfica no campo de velocidade em uma seção de um riser de um leito fluidizado circulante. Apresentação. FEQ-UNICAMP. Campinas-SP, 2013b. KUNII, D.; LEVENSPIEL, O. Fluidization Engineering. New York: Wiley, LAVISION. FlowMaster. Product-Manual. Gottingen PRASSAD, A. K. Stereoscopic particle image velocimery. Experiments in Fluids. Vol SANTANGELO, P. E. Characterization of high-pressure water-mist sprays: Experimental analysis of droplet size and dispersion. Experimental Thermal and Fluid Science, vol SCARANO, F.; BRYON, K.; VIOLATO, D. Time-resolved analysis of circular and chevron jets transition by tomo-piv 15th Int. Symp. on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics (Lisbon, Portugal), 2010 VIOLATO, D. e SCARANO, F. Three-dimensional evolution of flow structures in transitional circular and chevron jets. Physics Of Fluids, WILLERT, C. Stereoscopic digital particle image velocimetry for application in wind tunnel flows. Meas. Sci. Technol. Vol WILLERT, C.; STOCKHAUSEN, G.; VOGES, M.; KLINNER, J.; SCHODL, R.; HASSA, C.; SCHURMANS, B. e GUTHE; F. Selected Applications of Planar Imaging Velocimetry in Combustion. Test Facilities Particle Image Velocimetry, Topics Appl. Physics 112,