Projeto, simulação e fabricação de um sensor para tomografia de impedância elétrica industrial aplicada ao monitoramento de escoamento multifásico

Abstract

A Tomografia por Impedância Elétrica (TIE) é uma técnica de imagem não invasiva que permite a visualização da distribuição de impedância elétrica em materiais, explorando as diferenças nas condutividades elétricas entre eles. Esta técnica, ao aplicar correntes ou tensões a eletrodos na superfície de um objeto, permite a reconstrução computacional da resposta elétrica sob a forma de imagens. A TIE possui vasto potencial tanto em aplicações médicas, para diagnóstico e monitoramento de doenças sem o uso de radiação, quanto em aplicações industriais, como monitoramento de padrão de escoamento e medição de fração volumétrica. Este trabalho tem como foco o desenvolvimento e a avaliação de um sensor para TIE, visando melhorar a precisão e a confiabilidade das medições em processos multifásicos. O objetivo principal é criar um sensor eficiente utilizando simulações multifísicas e técnicas de manufatura aditiva. A metodologia incluiu uma revisão bibliográfica para fundamentar o desenvolvimento do sensor. Experimentos práticos foram conduzidos para validar as simulações e avaliar o desempenho do sensor em condições reais. Os resultados demonstraram que o sensor projetado é capaz de detectar diferenças de impedância com precisão. O estudo conclui que a combinação de simulações multifísicas com manufatura aditiva permite o desenvolvimento de um sensor TIE confiável, sugere-se a continuação do desenvolvimento com foco na otimização de parâmetros e na exploração de novos materiais e configurações de sensor para ampliar as aplicações da TIE.

Electrical Impedance Tomography (EIT) is a non-invasive imaging technique that allows the visualization of the electrical impedance distribution in materials by exploring differences in their electrical conductivities. This technique, by applying currents or voltages to electrodes on the surface of an object, enables the computational reconstruction of the electrical response in the form of images. EIT has vast potential in both medical applications, for the diagnosis and monitoring of diseases without the use of radiation, and industrial applications, such as flow pattern monitoring and volumetric fraction measurement. This work focuses on the development and evaluation of a sensor for EIT, aiming to improve the accuracy and reliability of measurements in multiphase processes. The main objective is to create an efficient sensor using multiphysics simulations and additive manufacturing techniques. The methodology included a literature review to support the sensor's development. Practical experiments were conducted to validate the simulations and assess the sensor's performance in real conditions. The results demonstrated that the designed sensor is capable of accurately detecting impedance differences. The study concludes that the combination of multiphysics simulations with additive manufacturing enables the development of a reliable EIT sensor, and it suggests further development focused on parameter optimization and the exploration of new materials and sensor configurations to expand EIT applications.