BRPI0610244A2

BRPI0610244A2 - método e aparelho para medição de um parametro de um fluxo multifásico

Info

Publication number: BRPI0610244A2
Application number: BRPI0610244-1A
Authority: BR
Inventors: Daniel L Gysling
Original assignee: Cidra Corp
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2010-06-08
Also published as: EP1886098B1; WO2006130499A3; NO20076520L; CA2609826C; NO339488B1; MX2007014705A; WO2006128122A3; US7437946B2; US7343820B2; US20060266127A1; CA2609826A1; US20070001028A1; EP1886098A2; WO2006130499A2; WO2006128122A2

Abstract

Um aparelho para a determinação de uma característica de um fluido aerado fluindo em um tubo é provido, e inclui pelo menos um primeiro dispositivo de detecção associado ao tubo, de modo que pelo menos um primeiro dispositivo de detecção detecte uma componente de baixa freqúência do fluxo de fluido aerado e gere primeiros dados de sensor em resposta à componente de baixa freqúência do fluido aerado. Pelo menos um segundo dispositivo de detecção também é incluído e está associado ao tubo, de modo que pelo menos um segundo dispositivo de detecção detecte uma componente de alta freqúência do fluxo de fluido aerado e gere segundos dados de sensor, em resposta à componente de alta freqúência do fluido aerado. Mais ainda, um dispositivo de processamento é incluído e está em comunicação com pelo menos um dentre o primeiro dispositivo de detecção e pelo menos um segundo dispositivo de detecção para receber e processar os primeiros dados de sensor e os segundos dados de sensor para a geração de dados de fluido.

Description

MÉTODO E APARELHO PARA MEDIÇÃO DE UM PARÂMETRO DE UM FLUXOMULTIFÁSICO

Referência Cruzada a Pedidos de Patente Relacionados

Este pedido reivindica o beneficio do Pedido

Provisório U.S. N° 60/685.532 (Protocolo Cidra N° CC-0818),depositado em 27 de maio de 2005; e do Pedido ProvisórioU.S. N° 60/736.684 (Protocolo Cidra N° CC-0840), depositadoem 14 de novembro de 2005, os quais são incorporados aquicomo referência em sua totalidade.

Campo Técnico

Esta invenção se refere a um aparelho para a mediçãode um parâmetro de um fluxo de processo que passa em umtubo e, mais particularmente, a um aparelho de medição defluxo que tem sensores ultra-sônicos e um arranjo desensores baseados em deformação e para o processamento desinais de dados a partir dali, para a provisão de uma saídaindicativa da velocidade de propagação de som através dofluxo de processo e/ou um parâmetro de fluxo do fluxo deprocesso passando através de um tubo.

Técnica Antecedente

Em campos envolvendo escoamento de fluidos paraaplicações industriais, tais como suspensões, líquidos,produto químico, papel, polpa, petróleo, gás, produtofarmacêutico, alimento, mineração, minerais e vapores egases em refinaria, às vezes é benéfico conhecer certascaracterísticas dos fluidos escoando. Por exemplo, naindústria de petróleo na qual bilhões de dólares de óleobruto são medidos de forma financeira a cada dia no seupercurso a partir das cabeças de poço para as refinarias, avazão volumétrica é uma medição crítica no controle deprocesso e otimização. Infelizmente, contudo, grandesquantidades de hidrocarbonetos tendem a estar presentes emóleo bruto e, como tal, durante um transporte entre ascabeças de poço e as refinarias o óleo bruto tem umapropensão a 'perder gás' durante o transporte, resultandoem níveis pequenos desconhecidos de gases entranhadosestarem presentes em localizações de medição fiscal. Isto éindesejável por pelo menos duas (2) razões.

Em primeiro lugar, devido ao fato de o efeito de gasesentranhados nas tecnologias volumétricas de líquido maisconhecidas resultar em um relato excessivo da vazão decomponente líquido por uma quantidade igual ao volume degases entranhados, a vazão volumétrica medida tipicamentenão é acurada. De fato, normas foram impostas para fluxovolumetrico. Infelizmente, contudo, enquanto a maioria dasnormas para fluxo volumetrico fiscal de líquidos requer queo líquido seja completamente desprovido de gases, surge umproblema quando se torna impraticável assegurar que acorrente de líquido em questão seja, de fato, completamentedesprovida de gases livres. Isto é porque, embora o nívelde fração de volume de gás (GVF) seja tipicamente menor doque 1%, freqüentemente é a fonte primária de erro emmedição fiscal. Em segundo lugar, devido à separaçãocompleta das fases de gás e líquido não poder serassegurada, a determinação de volume de líquido tambémtipicamente não é acurada, resultando em um valor de cortede água não acurado. Assim, é razoável esperar que quantomais as características forem conhecidas sobre o fluidoescoando, melhor será a chance de efetivamente medir,controlar e otimizar o processamento do fluido escoando.A acurácia de medição de produção de óleo tipicamenteé limitada a três restrições. Uma restrição é aincapacidade de garantir uma separação completa do fluxo degás e de líquido. Esta restrição resulta em umadeterminação de volume de líquido não acurada, determinaçãode volume de gás não acurada e determinação de corte deágua não acurada. A segunda restrição é o númerorelativamente baixo de medições de fluxo. Isto é devido nãoapenas às exigências de instalação e de manutenção paracada dispositivo de medição, mas também ao efeito que cadadispositivo de medição tem sobre o fluxo de fluido. Assim,um aumento no número de pontos de medição causa um aumentocorrespondente na perda de pressão associada total, bemcomo um aumento no número e nos custos de exigências deinstalação e de manutenção. A razão para isso é porexigências de manutenção, exigências de instalação e perdade pressão no ponto com qualquer aumento em pontos demedição. A terceira restrição é o número muito baixo depontos de medição de corte de água. Este número baixo édevido à confiabilidade de dispositivos de medição de cortede água e às exigências de calibração dos medidores.

Assim, seria vantajoso, particularmente no campo deóleo e produção, ter um aparelho de sujeitar com grampocapaz de medir os parâmetros de um escoamento de fluidomultifásico aerado, tal como a vazão volumétrica do líquidodo fluxo de processo, a fração de volume de gás (ou devazios) do fluxo, o corte de água do fluxo e a vazãovolumétrica de cada uma das fases do fluxo. A presenteinvenção prove um aparelho como esse.

Sumário da InvençãoUm aparelho para a determinação de uma característicade um fluido aerado fluindo em um tubo é provido, onde odispositivo inclui pelo menos um primeiro dispositivo dedetecção. Pelo menos um primeiro dispositivo de detecçãoestá associado ao tubo, de modo que pelo menos um primeirodispositivo de detecção detecte uma componente defreqüência baixa do fluxo de fluido aerado e gere primeirosdados de sensor em resposta à componente de freqüênciabaixa do fluido aerado. Adicionalmente, pelo menos umsegundo dispositivo de detecção é provido, onde pelo menosum segundo dispositivo de detecção está associado ao tubo,de modo que pelo menos um segundo dispositivo de detecçãodetecte uma componente de freqüência alta do fluxo defluido aerado, onde os segundos dados de sensor são geradosem resposta à componente de freqüência alta do fluidoaerado. Mais ainda, um dispositivo de processamento éprovido, onde o dispositivo de processamento está emcomunicação com pelo menos um primeiro dispositivo dedetecção e pelo menos um segundo dispositivo de detecçãopara o recebimento e o processamento dos primeiros dados desensor e dos segundos dados de sensor para a geração dedados de fluido em resposta a uma característica do fluxode fluido aerado.

Um método para determinação de uma característica deum fluido fluindo em um tubo é provido, onde o métodoinclui a geração de dados de Velocidade de Som em respostaà velocidade do som em pelo menos uma porção do fluido parapelo menos uma primeira freqüência e uma segundafreqüência, a detecção da velocidade convectiva de camposde pressão criados. Adicionalmente, o método inclui oprocessamento de dados de Velocidade de Som e de dadosconvectivos para a determinação da característica dofluido.

Um aparelho para a determinação do valor de corte deágua de um fluido multifásico fluindo em um tubo é provido,onde o dispositivo inclui um dispositivo de transmissãoconfigurado para a introdução de um sinal acústico de altafreqüência no fluido, um dispositivo de recepção, onde odispositivo de recepção é configurado para receber o sinalacústico de alta freqüência após o sinal acústico de altafreqüência ter atravessado pelo menos uma porção do fluido,onde pelo menos um dentre o dispositivo de transmissão e odispositivo de recepção gera dados de sensor em resposta aosinal acústico de alta freqüência recebido e um dispositivode processamento, onde o dispositivo de processamento estáem comunicação com pelo menos um dentre o dispositivo detransmissão e o dispositivo de recepção para receber eprocessar os dados de sensor para determinar o valor decorte de água do fluido.

Um método para determinação do valor de corte de águade um fluido fluindo através de um tubo é provido, onde ométodo inclui a introdução de uma onda acústica tendo umafreqüência predeterminada no fluido, após a onda acústicater atravessado pelo menos uma porção do fluido, orecebimento da onda acústica e a geração de dados de sensorem resposta pelo menos em parte à onda acústica recebida eo processamento dos dados de sensor para a determinação dovalor de corte de água do fluido.

Os objetivos precedentes e outros, os recursos e asvantagens da presente invenção tornar-se-ão mais evidentesà luz da descrição detalhada a seguir de modalidades deexemplo da mesma.

Breve Descrição dos Desenhos

A Fig. 1 é um diagrama de blocos de um aparelho demedição de fluxo que tem um arranjo de sensores baseados emdeformação e um arranjo de sensores ultra-sônicos paramedição de parâmetros de um fluxo multifásico de acordo coma presente invenção.

A Fig. 2 é um gráfico da velocidade medida de somnormalizada para a velocidade de som do líquido por umafaixa de freqüência de acordo com a presente invenção.

A Fig. 3 é um gráfico da velocidade medida de somnormalizada para a velocidade de som do líquido como umafunção de uma fração de volume de gás de acordo com apresente invenção.

A Fig. 4 é um diagrama esquemático de um aparelho demedição de fluxo da Fig. 1 tendo um arranjo de sensoresbaseados em deformação e um arranjo de sensores ultra-sônicos para medição de parâmetros de um fluxo multifásico.

A Fig. 5 é uma vista em seção transversal de um tuboque tem um escoamento de fluido turbulento ou um fluxo demistura ali, o fluxo tendo estruturas coerentes ali,especificamente, ondas acústicas e perturbações de vórtice,de acordo com a presente invenção.

As Fig. 6 e 7 são diagramas de blocos da lógica de GVFde acordo com a presente invenção.

A Fig. 8 é um diagrama esquemático de uma lógica develocidade de som (SOS) de um processador de arranjo de umaparelho de medição de fluxo de acordo com a presenteinvenção.A Fig. 9 é um gráfico kco de dados processados a partirde um aparelho que concretiza a presente invenção queilustra as inclinações de um par de cristas acústicas, deacordo com a presente invenção.

A Fig. 10 é um gráfico de velocidade de som de misturacomo uma função de fração de volume de gás por uma faixa depressões de processo, de acordo com a presente invenção.

A Fig. 11 é um diagrama esquemático de uma lógica defluxo de um processador de arranjo de um aparelho demedição de fluxo de acordo com a presente invenção.

A Fig. 12 é um gráfico kco de dados processados apartir de um aparelho que concretiza a presente invençãoque ilustra a inclinação de uma crista convectiva, e umgráfico da função de otimização da crista convectiva, deacordo com a presente invenção.

A Fig. 13 é um gráfico de velocidade do som do líquidocomo uma função da fração de volume da água no fluxomultifásico de acordo com a presente invenção.

A Fig. 14 é um diagrama de blocos de uma outramodalidade de um aparelho de medição de fluxo que tem umarranjo de sensores baseados em deformação e sensoresultra-sônicos para a medição de parâmetros de um fluxomultifásico de acordo com a presente invenção.

A Fig. 15 é um diagrama esquemático de um aparelho demedição de fluxo da Fig. 14 tendo um arranjo de sensoresbaseados em deformação e um arranjo de sensores ultra-sônicos para a medição de parâmetros de um fluxomultifásico.

Melhor Modo para Realização da Invenção

A Fig. 1 ilustra um diagrama de blocos de umdispositivo de medição de fluxo 100 para a medição de umparâmetro de um fluxo multifásico 102 passando através deum tubo 104. O fluxo multifásico ou a mistura 102 incluiqualquer mistura tendo qualquer combinação de uma fase degás, líquido ou sólido. Embora a presente invenção sejaparticularmente útil na medição de fluxos multifásicos 102,o aparelho 100 também pode medir um parâmetro de um fluxomonofásico. Conforme discutido aqui anteriormente, oaparelho 100 que concretiza a presente invenção é útil namedição de um fluxo multifásico 102 compreendendo óleo,água e gás. A descrição da presente invenção, portanto,assumirá que a mistura é uma combinação de óleo, água egás, embora a invenção contemple que qualquer fluxomultifásico ou monofásico 102 possa ser medido.

Conforme mostrado na Fig. 1, o aparelho 100 funcionacomo um medidor de fração de volume de gás (ou fração devazios) 106, um medidor de fluxo ultra-sônico 108 e ummedidor de corte de água ultra-sônico 110. O medidor defração de volume de gás (GVF) 106 prove uma saídaindicativa da fração de volume de gás ou da fração devazios da mistura 102 pela medição da velocidade de som sepropagando a freqüências baixas axialmente através do fluxo102 no tubo 104. O medidor de fluxo ultra-sônico 108 proveuma pluralidade de sinais acústicos de alta freqüênciaatravés do fluxo 102 para a provisão de sinais de saídaindicativos de perturbações de pressão (por exemplo,perturbações de vórtice) ou outras perturbações ou outrascaracterísticas do fluxo que criam uma convecção oupropagação com o fluxo 102 diante dos sensores ultra-sônicos, o que será descrito em maiores detalhes aquiadiante. O medidor de corte de água ultra-sônico 110 mede avelocidade do som de um sinal de freqüência alta sepropagando através do fluxo 102 para a provisão de um sinalde saída indicativo da velocidade do som da componente delíquido do fluxo 102, o que é indicativo do corte de águada mistura 102. O corte de água é uma fração de fase oupercentagem da água na porção de líquido do fluxo 102.

Pode-se apreciar que a combinação do medidor de GVF106, do medidor de fluxo 108 e do medidor de corte de água110 prove uma informação suficiente para se caracterizarplenamente o fluido multifásico 102 fluindo através do tubo104. Especificamente, o aparelho 100 é capaz de medir pelomenos a velocidade do fluxo, a vazão volumétrica, acomposição de fluxo (por exemplo, a fração de fase de cadafase do fluido) , o corte de água, a vazão volumétrica decada fase de mistura 102, a fração de volume de gás (devazios) do fluxo 102, a velocidade de som da mistura 102 ea velocidade de som da componente de líquido do fluxo 102.Pode-se apreciar que estes parâmetros medidos sãoparticularmente importantes em aplicações de produção deóleo.

Um aspecto importante da presente invenção é oreconhecimento que uma dependência de freqüência davelocidade de som se propagando através do fluxo de fluido102 existe para fluidos com bolhas. A ressonância de bolhadetermina a freqüência de transição. A Fig. 2 ilustra adependência de freqüência da velocidade do som em fluidoscom bolhas. Conforme mostrado a freqüências baixas abaixoda freqüência ressonante de bolha (aproximadamente de 100Hz a 1000 Hz), a velocidade do som se propagando através dofluido 102 é dramaticamente influenciada pelos gasesentranhados. Inversamente, a freqüências altas acima dafreqüência ressonante de bolha (aproximadamente 1 MHz emaiores) , o gás entranhado no fluxo de fluido 102 não temum impacto significativo sobre a velocidade do som sepropagando através da componente de líquido do fluxo 102.Reconhecendo este fenômeno, o aparelho 100 que concretiza apresente invenção prove um medidor (isto é, um medidor deGVF 106) para a medição da velocidade do som a freqüênciasbaixas abaixo da freqüência ressonante de bolha, e um outromedidor (isto é, o medidor de corte de água ultra-sônico110) para a medição da velocidade do som a freqüênciasaltas acima da freqüência ressonante de bolha.

Conforme será descrito em maiores detalhes aquiadiante, a velocidade do som medida na freqüência maisbaixa (por exemplo, freqüências sub-ressonantes) éindicativa da velocidade do som da mistura 102, enquanto avelocidade do som medida nas freqüências mais altas (porexemplo, freqüências super-ressonantes) é indicativa davelocidade do som da componente de líquido da mistura 102.

Conhecer a velocidade do som da mistura 102 permite que afração de volume de gás (e de vazios) do mistura 102 (ou damistura) seja determinada. Ainda, conhecer a velocidade dosom da componente de líquido da mistura 102 permite que ocorte de água seja determinado. Este processamento serádescrito em maiores detalhes aqui adiante. Também,conhecendo-se a fração de volume de gás (ou a fração devazios) e o corte de água, a fração de fase e a vazãovolumétrica de cada fase do fluxo de fluido 102 podem serdeterminadas, conforme será descrito em maiores detalhesaqui adiante.

Testes foram realizados usando-se um tubo verticalpreenchido com um fluido, onde bolhas foram injetadas nofluido no fundo do tubo. Usando-se um sensor ultra-sônico eum medidor de GVF, a velocidade do som nas freqüênciassuper-ressonantes e nas freqüências sub-ressonantes,respectivamente, foi medida. Os dados são providos na Fig.3, a qual ilustra o fenômeno descrito acima em que avelocidade do som medida da componente de líquido damistura 102 (por exemplo, a SOS super-ressonante) não éafetada pelo gás entranhado, enquanto a velocidade do sommedida da mistura 102 (por exemplo, a SOS sub-ressonante) éafetada pelo gás entranhado. A Fig. 3 ilustra os efeitos davelocidade do som de misturas de bolha ou fluxos.

Especificamente, a velocidade do som medida normalizadapela velocidade do som de líquido é plotada como uma funçãoda fração de volume de gás de referência.

A linha A mostra a velocidade do som super-ressonantemedida normalizada como uma função da GVF de referência.

Conforme discutido aqui anteriormente, a velocidade do sommedida nas freqüências mais altas (super-ressonantes) não éafetada pelo gás entranhado e é indicativa da velocidade dosom do líquido da mistura 102, independentemente daquantidade de gás entranhado.

A linha B mostra a velocidade do som sub-ressonantemedida normalizada como uma função da GVF referenciada.Conforme discutido aqui anteriormente, a velocidade do sommedida nas freqüências mais baixas (sub-ressonantes) éafetada pelo gás entranhado por uma relação conhecida oudeterminável e, assim, permite a determinação da fração devolume de gás (ou de vazios) do fluxo multifásico ou damistura 102.

A linha C mostra a velocidade do som sub-ressonantenormalizada teórica da mistura 102 como uma função da GVFde referência de acordo com a equação de Woods. Conformemostrado, a velocidade do som sub-ressonante medida écorrelacionada com a determinação teórica da velocidade dosom sub-ressonante.

A Fig. 4 ilustra um diagrama esquemático do aparelhode medição de fluxo 100 da Fig. 1, que inclui umdispositivo de detecção (cabeçote sensor) 112 montado notubo 104 e uma unidade de processamento ou processador dearranjo (transmissor) 114. O aparelho 100 de acordo com apresente invenção pode determinar a velocidade na qual umsom (isto é, a onda acústica 90 na Fig. 5) se propagaatravés do fluxo de fluido 102 no tubo 104, para a mediçãodas características em particular dos fluidos monofásicosou multifásicos 102. Para simplificar a explicação dapresente invenção, o fluxo 102 se propagando através dotubo 104 será referido como um fluxo de processo 102, com acompreensão que o fluido ou fluxo de processo 102 pode serum fluxo monofásico ou multifásico, conforme descrito aquiantes.

O dispositivo de detecção 112 compreende um arranjo desensores baseados em deformação ou sensores de pressão 116a 122 para a medição das pressões não permanentesproduzidas por perturbações de pressão acústica (porexemplo, as ondas acústicas 90) no tubo 104, para adeterminação da velocidade do som se propagando através dofluxo 102. O dispositivo de detecção 112 ainda inclui umarranjo de sensores ultra-sônicos 124 a 13 0, cada um dosquais tendo um transmissor 131 e um receptor 132, paratambém se medir um parâmetro do fluxo 102. Os sensores depressão 116 a 122 e os sensores ultra-sônicos 124 a 130 sãomostrados intercalados; contudo, deve-se apreciar que cadarespectivo arranjo de sensor pode ser parcialmenteintercalado ou não intercalado de forma alguma, sem sedesviar do escopo da presente invenção. Também écontemplado que o medidor de GVF 106 e o medidor de fluxoultra-sônico 108 podem ser duas unidades distintasdispostas adjacentes uma à outra no tubo 104.

Os sinais de pressão Pi(t) a PN(t) e os sinais ultra--sônicos Si(t) a SN(t) são providos para a unidade deprocessamento 114, a qual digitaliza os sinais e computao(s) parâmetro(s) de fluxo. Embora um cabo seja mostradocomo conectando eletronicamente o dispositivo de detecção112 à unidade de processamento 114, qualquer método e/oudispositivo adequado para a finalidade desejada pode serusado para a comunicação do dispositivo de detecção 112 coma unidade de processamento 114. Os sinais de sensor depressão analógicos Pi(t) a PN(t) tipicamente são sinais delaço de corrente de 4 a 20 mA.

O arranjo de sensores de pressão 116 a 122 compreendeum arranjo de pelo menos dois sensores de pressão 116, 118espaçados axialmente ao longo de uma superfície externa 134do tubo 104, tendo o fluxo de processo 102 se propagandoali. Os sensores de pressão 116 a 122 podem ser sujeitadoscom grampos ou geralmente montados de forma removível notubo 104 por qualquer dispositivo de fixação liberável,tais como prendedores magnéticos, cavilhas, parafusos e/ougrampos. Alternativamente, os sensores podem ser afixadospermanentemente a ou integrais (por exemplo, embutidos) como tubo 104. O arranjo de sensores do dispositivo dedetecção 112 pode incluir qualquer número de sensores de5 pressão 116 a 122 maior do que dois sensores, tais comotrês, quatro, oito, dezesseis ou um número N de sensoresentre dois e trinta e quatro sensores. Geralmente, aacurácia da medição melhora conforme o número de sensoresno arranjo aumenta. O grau de acurácia provido pelo númeromaior de sensores é deslocado pelo aumento na complexidadee no tempo para computação do parâmetro de saída desejadodo fluxo 102. Portanto, o número de sensores usados édependente pelo menos do grau de acurácia desejado e dataxa de atualização desejada do parâmetro de saída providopelo aparelho 100. Os sensores de pressão 116 a 122 medemas pressões não permanentes produzidas por ondas acústicasse propagando através do fluxo 102 dentro do tubo 104, asquais são indicativas da SOS se propagando através do fluxode fluido 102 no tubo 104. Os sinais de saída (Pi(t) aPN(t)) dos sensores de pressão 116 a 122 são providos paraum amplificador de sinal 13 6 que amplifica os sinaisgerados pelos sensores de pressão 116 a 122. A unidade deprocessamento 114 processa os dados de medição de pressãoPi(t) a PN(t) e determina os parâmetros desejados e ascaracterísticas do fluxo 102, conforme descrito aquianteriormente.

O aparelho 100 também contempla a provisão de uma oumais fontes acústicas 138 para se permitir a medição davelocidade do som se propagando através do fluxo 102 paracasos de fluxo acusticamente silencioso 102. A(s) fonte(s)acústica(s) 13 8 pode(m) ser disposta(s) na extremidade deentrada ou na extremidade de saída do arranjo de sensores116 a 122, ou em ambas as extremidades, conforme mostrado.

Deve-se apreciar que, na maioria dos casos, as fontesacústicas 138 não são necessárias e que o aparelho 100detecta passivamente a crista acústica provida no fluxo102, conforme será descrito em maiores detalhes aquiadiante. O ruído passivo inclui um ruído gerado por bombas,válvulas, motores e a mistura turbulenta 102 em si.

Geralmente, a unidade de processamento 114 medepressões não permanentes criadas por perturbações acústicasse propagando através do fluxo 102 para a determinação davelocidade do som (SOS) se propagando através do mistura102. Conhecendo a pressão e/ou a temperatura do fluxo 102 ea velocidade do som das perturbações acústicas ou ondas,conforme mostrado na Fig. 6 e na Fig. 7, a unidade deprocessamento 114 pode determinar o fluxo volumétrico dofluido 102, a consistência ou composição do fluido 102, onúmero de Mach do fluido 102, o tamanho médio de partículasfluindo através do fluido 102, a relação de ar / massa dofluido 102 e/ou a percentagem de ar entranhado dentro damistura 102, tal como aquilo descrito no Pedido de PatenteU.S. N° 10/349.716 (Protocolo CiDRA N° CC-0579) , depositadoem 23 de janeiro de 2003, no Pedido de Patente U.S. N°10/376.427 (Protocolo CiDRA N° CC-0596), depositado emPedido de Patente U.S. N° 10/349.716 (Protocolo CiDRA N°CC-0579), depositado em 26 de fevereiro de 2003, no Pedidode Patente U.S. N° 10/762.410 (Protocolo CiDRA N° CC-0703),depositado em 21 de janeiro de 2004, os quais são todosincorporados aqui como referência.Conforme mostrado na Fig. 4, um aparelho 100 queconcretiza a presente invenção tem um arranjo de pelo menosdois sensores baseados em deformação ou de pressão 116, 118localizados em duas localizações Xi, x2 axialmente ao longodo tubo 104, para a detecção de respectivos sinaisestocásticos se propagando entre os sensores 116, 118dentro do tubo 104 em suas respectivas localizações. Cadasensor 116, 118 prove um sinal indicando uma pressão nãopermanente na localização de cada sensor 116, 118, em cadainstante em uma série de instantes de amostragem. Deve-seapreciar que o arranjo de sensor pode incluir mais de doissensores de pressão 116, 118, conforme descrito pelos•sensores de pressão 12 0, 122 nas localizações x3, xN. Apressão gerada pelas ondas acústicas 90 (veja a Fig. 5)pode ser medida através dos sensores baseados em deformaçãoe/ou sensores de pressão 116 a 122. Os sensores de pressão116 a 122 provêem sinais que variam no tempo de pressãoanalógicos Pi(t), P2(t), P3(t), PN(t) para a unidade deprocessamento de sinal 114.

Conforme mostrado na Fig. 8, a Lógica de Mistura deSOS 14 0 inclui uma unidade de aquisição de dados 142 quedigitaliza os sinais de pressão Pi(t) a PN(t) associados àsondas acústicas 90 se propagando através do tubo 104. Umalógica de FFT 144 calcula uma transformada de Fourier dossinais de entrada baseados no tempo digitalizados Px(t) aPN(t) e prove sinais de domínio de freqüência (ou baseadosem freqüência) complexos Pi(co), P2(co), P3(co), Pn(ío)indicativos do conteúdo de freqüência dos sinais deentrada.

Um acumulador de dados 146 acumula os sinais Pi(t) aPN(t) a partir dos sensores 116 a 122, e prove os dadosacumulados por um intervalo de amostragem para umprocessador de arranjo 148, o qual realiza uma transformadaespacial - temporal (bidimensional) dos dados de sensor, apartir do domínio x(t) para o domínio k-co e, então,calcula a potência no plano k-co, conforme representadopelo gráfico k-co, similar àquele provido pelo processadorde arranjo convectivo mostrado na Fig. 11.

Para o cálculo da potência no plano k-co, conformerepresentado por um gráfico k-co (veja a Fig. 9) dequalquer um dos sinais ou dos sinais diferenciados, oprocessador de arranjo 14 8 determina o comprimento de ondae, como tal, o número de onda (espacial) k e, também, afreqüência (temporal) e, como tal, a freqüência angular tode várias das componentes espectrais do parâmetroestocástico. Há numerosos algoritmos disponíveis no domíniopúblico para a realização da decomposição espacial/temporal do arranjo de sensores de pressão 116 a 122.

Especificamente, o processador de arranjo 14 8 usa umprocessamento de arranjo de formação de feixe assimdenominado padrão ou algoritmos de processamento de arranjoadaptativos, isto é, algoritmos para o processamento dossinais de sensor usando-se vários atrasos e cálculo de pesopara a criação de relações de fase adequadas entre ossinais providos pelos diferentes sensores, desse modo secriando uma funcionalidade de arranjo de antena em fase. Emoutras palavras, os algoritmos de formação de feixe ou deprocessamento de arranjo transformam os sinais de domíniode tempo do arranjo de sensor em suas componentes defreqüência espacial e temporal, isto é, em um conjunto denúmeros de onda dado por k = 2n/X, onde X é o comprimentode onda de uma componente espectral e as freqüênciasangulares correspondentes dadas por co = 2ttv.

Uma técnica como essa de determinação da velocidade dosom se propagando através do fluxo 102 envolve o uso detécnicas de processamento de arranjo para a definição deuma crista acústica no plano k-cd, conforme mostrado naFig. 9. A inclinação da crista acústica é indicativa davelocidade do som se propagando através do fluxo 102. Avelocidade do som (SOS) é determinada pela aplicação detécnicas de processamento de arranjo de spnar para adeterminação da velocidade na qual as ondas acústicasunidimensionais 90 se propagam diante do arranjo axial demedições de pressão não permanente distribuídas ao longo dotubo 104.

O aparelho 100 da presente invenção mede a velocidadedo som (SOS) de ondas acústicas unidimensionais 90 (veja aFig. 5) se propagando através da mistura 102 para adeterminação da fração de volume de gás da mistura 102. Ésabido que o som se propaga através de vários meios avárias velocidades, nesses campos, tais como campos deSONAR e RADAR. A velocidade do som se propagando através dotubo 104 e do fluxo 102 pode ser determinada usando-sevárias técnicas conhecidas, tais como aquelas estabelecidasno Pedido de Patente U.S. N° de Série 09/344.094,depositado em 25 de junho de 1999, agora U.S. 6.354.147;Pedido de Patente U.S. N° de Série 10/795.111, depositadoem 4 de março de 2004; Pedido de Patente U.S. N° de Série09/997.221, depositado em 28 de novembro de 2001, agoraU.S. 6.587.798; Pedido de Patente U.S. N° de Série10/007.749, depositado em 7 de novembro de 2001 e Pedido dePatente U.S. N° de Série 10/762.410, depositado em 21 dejaneiro de 2004, cada um dos quais sendo incorporado aquicomo referência.

No caso de ondas acústicas adequadas 90 estarempresentes em ambas as direções axiais, a potência no planok-cd mostrada em um gráfico k-co da Fig. 9 assim determinadaexibirá uma estrutura que é denominada uma crista acústica150, 152 em ambos os planos esquerdo e direito do gráfico,onde uma das cristas acústicas 150 é indicativa davelocidade do som viajando em uma direção axial e a outracrista acústica 152 sendo indicativa da velocidade do somviajando na outra direção axial.

As cristas acústicas 150, 152 representam aconcentração de um parâmetro estocástico que se propagaatravés do fluxo 102 e é uma manifestação matemática darelação entre as variações espaciais e as variaçõestemporais descritas acima. Um gráfico como esse indicaráuma tendência de pares k-co aparecerem mais ou menos aolongo de uma linha 150, 152 com alguma inclinação, ainclinação indicando a velocidade do som. A potência noplano k-co assim determinada é provida, então, para umidentificador de crista acústica 154, o qual usa um ououtro método de extração de recurso para determinar alocalização e a orientação (inclinação) de qualquer cristaacústica 150, 152 presente no plano k-co esquerdo edireito. Um analisador 156 determina a velocidade do som damistura 102 pelo uso da inclinação de uma das duas cristasacústicas 150, 152 ou o cálculo da média das inclinaçõesdas cristas acústicas 150, 152.Conforme mostrado nas Fig. 1 e 4, a lógica de GVFprove sinais de saída indicativos de fração de volume degás ou de vazios da mistura 102, em resposta à velocidadedo som medida da mistura 102. Por exemplo, para adeterminação da fração de volume de gás (ou da fração defase), a lógica de GVF assume uma condição aproximadamenteisotérmica para o fluxo 102. Como tal, a fração de volumede gás ou a fração de vazios está relacionada à velocidadedo som pela equação quadrática a seguir:

Ax2 + Bx + C = 0

onde x é a velocidade do som, A = 1 + rg/rl* (Keff/P-1) -Keff/P, B = Keff/P-2 + rg/rl*; C = 1 - Keff/rl*ameasA2; rg =peso específico do gás; rl = peso específico do líquido;Keff = K efetivo (módulo do líquido e da parede de tubo) ; P= pressão e ameas = velocidade do som medida.

Efetivamente,

Fração de Volume de Gás (GVF) = (-B+sqrt(BA24*A*C))/(2*A)

Alternativamente, a velocidade do som de uma mistura102 pode ser relacionada à fração de fase volumétrica ((j>i)das componentes e a velocidade do som (a) e os pesosespecíficos (p) da componente através da equação de Wood.

Ondas de compressão unidimensionais se propagando emuma mistura 102 contida no tubo 104 exercem um carregamentode pressão interna não permanente sobre o tubo 104. 0 grauaté o qual o tubo 104 se desloca, como resultado docarregamento de pressão não permanente influencia a

<formula>formula see original document page 21</formula>

ondevelocidade de propagação da onda de compressão. A relaçãodentre a velocidade do som de domínio infinito e o pesoespecífico da mistura 102, o módulo elástico (E), aespessura (t) e o raio (R) de um conduto cilíndricoimpelido por vácuo e a velocidade de propagação efetiva(aeff) para uma compressão unidimensional pode ser dada pelaexpressão a seguir:

A regra de mistura essencialmente estabelece que acompre ssibil idade de uma mistura (l/(p a2)) é a médiaponderada de forma volumétrica das compressibilidades doscomponentes. Para misturas de gás/líquido 102 a uma pressãoe temperaturas típicas da indústria de papel e polpa, acompressibilidade da fase de gás é ordens de magnitudemaior do que aquela da fase de líquido. Assim, acompressibilidade da fase de gás e o peso específico dafase de líquido primariamente determinam a velocidade dosom de mistura e, como tal, é necessária para se ter umaboa estimativa de pressão de processo para interpretação davelocidade do som de mistura em termos de fraçãovolumétrica do gás entranhado. O efeito de pressão deprocesso sobre a relação entre a velocidade do som e afração de volume de ar entranhado é mostrado na Fig. 10.

Algumas ou todas as funções dentro da unidade deprocessamento 114 podem ser implementadas em software(usando-se um microprocessador ou um computador) e/ou emfirmware, ou podem ser implementadas usando-se um hardwareanalógico e/ou digital, tendo memória suficiente,interfaces e capacidade para a realização das funçõesdescritas aqui.

Conforme mostrado na Fig. 4, o aparelho de medição 100inclui um dispositivo de detecção 112 que compreende umarranjo de unidades de sensor ultra-sônico 124 a 13 0. Cadaunidade de sensor 124 a 13 0 compreende um par de sensoresultra-sônicos 131, 132, um dos quais funcionando como umtransmissor (Tx) 131 e o outro como um receptor (Rx) 132.

As unidades de sensor 124 a 13 0 são espaçadas axialmente aolongo da superfície externa 134 do tubo 104 tendo um fluxode processo 102 se propagando ali. O par de sensores 131,132 é diametralmente disposto no tubo 104 em localizaçõespredeterminadas ao longo do tubo 104 para a provisão de umaconfiguração de transmissão completa, de modo que ossensores 131, 132 transmitam e recebam um sinal ultra-sônico que se propaga através do fluido 102substancialmente ortogonal à direção do fluxo do fluido 102dentro do tubo 104. A porção de medição ultra-sônica dapresente invenção é similar àquela mostrada no Pedido dePatente Provisória U.S. N° 10/756.977 (Protocolo Legal N°CC-0700) depositado em 13 de janeiro de 2004, o qual éincorporado aqui como referência.

Conforme mostrado na Fig. 1, cada par de sensoresultra-sônicos 131, 132 mede um tempo de trânsito (isto é,um tempo de vôo (TOF) , ou uma modulação de fase) de umsinal ultra-sônico se propagando através do fluido 102 apartir do sensor de transmissão 131 para o sensor derecepção 132. A medição de tempo de trânsito ou variação éindicativa de propriedades coerentes que criam convecçãocom o fluxo 102 dentro do tubo 104 (por exemplo,perturbações de vórtice, não homogeneidades dentro do fluxo102, variações de temperatura, bolhas, partículas,perturbações de pressão), as quais são indicativas davelocidade do fluxo de processo 102. Os sensores ultra-sônicos 124 a 13 0 podem operar em qualquer freqüência,embora tenha sido descoberto que sensores de freqüênciamais alta são mais adequados para fluidos monofásicos,enquanto sensores de freqüência mais baixa são maisadequados para fluidos multifásicos. A freqüência ótima dosensor ultra-sônico 124 a 130 é dependente do tamanho ou dotipo de partícula ou substância se propagando com o fluxo102. Por exemplo, quanto maiores as bolhas de ar em umfluido aerado, menor a freqüência desejável do sinal ultra-sônico. Os exemplos de freqüência usada para um medidor defluxo que concretiza a presente invenção são 1 MHz e 5 MHz.Os sensores ultra-sônicos 124 a 13 0 também pode prover umsinal pulsado, de zunido ou contínuo através do fluxo defluido 102. Um exemplo dos sensores 131, 132 que podem serusados são os do Modelo N° 113-241-591, fabricados pelaKrautkramer.

Um processador de sinal ultra-sônico 162 dispara ossensores 131 em resposta a um sinal de disparo dotransmissor 114 e recebe os sinais de saída ultra-sônicosSi(t) a SN(t) a partir dos sensores 132. O processador desinal ultra-sônico 162 processa os dados a partir de cadauma das unidades de sensor 124 a 13 0 para a provisão de umsinal de saída analógico ou digital Ti(t) a TN(t)indicativo do tempo de vôo ou do tempo de trânsito do sinalultra-sônico através do fluido 102. 0 processador de sinalultra-sônico 162 também pode prover um sinal de saídaindicativo da amplitude (ou da atenuação) dos sinais ultra-sônicos. Um processador de sinal como esse é o modelo N°USPC 2100 fabricado pela Krautkramer Ultrasonic Systems. Amedição da amplitude do sinal ultra-sônico éparticularmente útil e funciona melhor para a medição davelocidade de um fluido 102 que inclui uma substância nofluxo 102 (por exemplo, um fluido multifásico oususpensão).

Os sinais de saída (Tx(t) a TN(t)) do processador desinal ultra-sônico 162 são providos para o processador 114,o qual processa os dados de medição de tempo de trânsito oumodulação para a determinação da vazão volumétrica. Amedição de tempo de trânsito ou de tempo de vôo é definidapelo tempo que leva para um sinal ultra-sônico se propagara partir do sensor de transmissão 131 para o respectivosensor de recepção 132 através da parede do tubo 104 e dofluido 102. O efeito das perturbações de vórtice (e/ou nãohomogeneidades dentro do fluido 102) sobre o tempo detrânsito do sinal ultra-sônico é atrasar ou acelerar otempo de trânsito. Portanto, cada unidade de detecção 124 a130 prove um respectivo sinal de saída Ti(t) a TN(t)indicativo das variações do tempo de trânsito dos sinaisultra-sônicos se propagando ortogonais à direção do fluido102. A medição é derivada pela interpretação da propriedadecoerente de convecção e/ou característica na tubulação deprocesso 104 usando-se pelo menos duas unidades de sensor124, 126. Os sensores ultra-sônicos 124 a 126 podem ser"úmidos" ou sujeitados por grampos na superfície externa134 do tubo 104 (por exemplo, um sensor de contato ou nãode contato).Em um exemplo, o medidor de fluxo 100 mede a vazãovolumétrica pela determinação da velocidade de perturbaçõesde vórtice ou "rodamoinhos" 164 (Fig. 5) se propagando como fluxo 102 usando-se o arranjo de sensores ultra-sônicos124 a 130. O medidor de fluxo 100 mede as velocidadesassociadas aos campos de fluxo não permanentes criadospelas perturbações de vórtice ou "rodamoinhos" 164 e outrasnão homogeneidades para a determinação da velocidade dofluxo 102. As unidades de sensor ultra-sônico 124 a 130medem o tempo de trânsito Ti(t) a TN(t) dos respectivossinais ultra-sônicos entre cada respectivo par de sensores131, 132, os quais variam devido às perturbações devórtice, já que estas perturbações criam uma convecçãodentro do fluxo 102 através do tubo 104, de uma maneiraconhecida. Portanto, a velocidade destas perturbações devórtice está relacionada à velocidade do fluxo 102 e, daí,a vazão volumétrica pode ser determinada, conforme serádescrito em maiores detalhes aqui adiante. 0 fluxovolumétrico é determinado pela multiplicação da velocidadedo fluido 102 pela área de seção transversal do tubo 104.

A Lógica de Fluxo 166 da unidade de processamento 114processa os sinais ultra-sônicos, conforme mostrado na Fig.11. A Lógica de Fluxo 166 recebe os sinais ultra-sônicos apartir do arranjo de sensores 124 a 13 0. Uma unidade deaquisição de dados 168 (por exemplo, um conversor A/D)converte os sinais analógicos em respectivos sinaisdigitais. Os sinais digitalizados são providos para alógica de Transformada Rápida de Fourier (FFT) 170. Alógica de FFT 17 0 calcula a transformada de Fourier dossinais de entrada baseados no tempo digitalizados Ti(t) aTN(t), e prove sinais de domínio de freqüência (ou baseadosem freqüência) complexos Ti(co), T2(co), T3 (co) , TN(co)indicativos do conteúdo de freqüência dos sinais deentrada. Ao invés de FFTs, qualquer outra técnica para aobtenção das características de domínio de freqüência dossinais Ti(t) a TN(t) pode ser usada. Por exemplo, adensidade espectral transversal e a densidade espectral depotência podem ser usadas para a formação de funções detransferência de domínio de freqüência (ou resposta defreqüência ou relações) discutidas aqui adiante.

Uma técnica para a determinação da velocidade deconvecção dos rodamoinhos turbulentos 164 dentro do fluxode processo 102 (veja a Fig. 5) envolve a caracterização deuma crista convectiva das pressões não permanentesresultantes usando-se um arranjo de sensores ou outrastécnicas de formação de feixe, similares àquilo descrito noPedido de Patente U.S. N° de Série (Protocolo da Cidra N°CC-0122A) e no Pedido de Patente U.S. N° de Série09/729.994 (Protocolo da Cidra N° CC-0297), depositado em 4de dezembro de 2000, agora U.S. 6.609.069, os quais sãoincorporados aqui como referência.

Um acumulador de dados 172 acumula os sinais defreqüência Tiíoo) a TN(co) por um intervalo de amostragem, eprove os dados para um processador de arranjo 174, o qualrealiza uma transformada espacial - temporal(bidimensional) dos dados de sensor, a partir do domíniox(t) para o domínio k-co e, então, calcula a potência noplano k-co, conforme representado por um gráfico k-co.

O processador de arranjo 174 usa um processamento dearranjo de formação de feixe assim denominado padrão oualgoritmos de processamento de arranjo adaptativos, isto é,algoritmos para o processamento dos sinais de sensorusando-se vários atrasos e cálculo de peso para a criaçãode relações de fase adequadas entre os sinais providospelos diferentes sensores, desse modo se criando umafuncionalidade de arranjo de antena em fase. Em outraspalavras, os algoritmos de formação de feixe ou deprocessamento de arranjo transformam os sinais de domíniode tempo do arranjo de sensor em suas componentes defreqüência espacial e temporal, isto é, em um conjunto denúmeros de onda dado por k = 2n/X, onde X é o comprimentode onda de uma componente espectral e as freqüênciasangulares correspondentes dadas por co = 27tv.

A técnica anterior ensina muitos algoritmos de uso nadecomposição espacial e temporal de um sinal a partir de umarranjo em fase de sensores, e a presente invenção não estárestrita a qualquer algoritmo em particular. Um algoritmode processamento de arranjo adaptativo em particular é ométodo/algoritmo de Capon. Embora o método de Capon sejadescrito como um método, a presente invenção contempla ouso de outros algoritmos de processamento de arranjoadaptativo, tal como o algoritmo MUSIC. A presente invençãoreconhece que essas técnicas podem ser usadas para adeterminação de vazão, isto é, os sinais causados por umparâmetro estocástico em convecção com um fluxo sãoestacionários no tempo e têm um comprimento de coerêncialongo o bastante que é prático para a localização deunidades de sensor espaçadas umas das outras e aindaestando dentro do comprimento coerente.

As características ou parâmetros convectivos têm umarelação de dispersão que pode ser aproximada por umaequação de linha reta:

k = co/u,

onde u é a velocidade de convecção (velocidade defluxo) . Um gráfico de pares k-co obtidos a partir de umaanálise espectral de amostras de sensor associadas aosparâmetros convectivos retratados de modo que a energia daperturbação espectralmente correspondente aos pares quepoderiam ser descritos como uma crista substancialmentereta, uma crista que na teoria de camada limite turbulentaé denominada uma crista convectiva. Aquilo que está sendodetectado não são eventos discretos de rodamoinhosturbulentos 164, mas, ao invés disso, um contínuo deeventos possivelmente sobrepostos formando um processoessencialmente branco estacionario temporalmente pela faixade freqüência de interesse. Em outras palavras, osrodamoinhos convectivos 164 são distribuídos por uma faixade escalas de comprimento e, daí, freqüências temporais.

Para o cálculo da potência no plano k-co, conformerepresentado por um gráfico k-co (veja a Fig. 12) dequalquer um dos sinais, o processador de arranjo 174determina o comprimento de onda e, então, o número de onda(espacial) k e, também, a freqüência (temporal) e, então, af angular co, das várias componentes espectrais doparâmetro estocástico. Há numerosos algoritmos disponíveisno domínio público para a realização da decomposiçãoespacial/temporal dos arranjos de unidades de sensor 124 a 130.

A presente invenção pode usar uma filtraçao temporal eespacial para pré-condicionar os sinais para efetivamentefiltrarem as características de modo comum PCommon mode eoutras características de comprimento de onda longo(comparadas ao espaçamento de sensor) no tubo 104 pordiferenciação de sensores adjacentes e retenção de umaporção substancial do parâmetro estocástico associado aocampo de fluxo e quaisquer outros parâmetros estocasticosde freqüência baixa de comprimento de onda curto (comparadoao espaçamento de sensor).

No caso de rodamoinhos turbulentos adequados 164 (vejaa Fig. 5) estarem presentes, a potência no plano k-cümostrada em um gráfico k-co da Fig. 12 mostra uma cristaconvectiva 176. A crista convectiva representa aconcentração de um parâmetro estocástico que cria convecçãocom o fluxo 102 e é uma manifestação matemática da relaçãoentre as variações espaciais e as variações temporaisdescritas acima. Um gráfico como esse indicará umatendência de pares k-co aparecerem mais ou menos ao longode uma linha 176 com alguma inclinação, a inclinaçãoindicando a velocidade do fluxo.

Uma vez que a potência no plano k-co seja determinada,um identificador de crista convectiva 178 usa um ou outrométodo de extração de recurso para a determinação dalocalização e da orientação (inclinação) de qualquer cristaconvectiva 176 presente no plano k-co. Em uma modalidade,um assim denominado método de empilhamento enviesado éusado, um método no qual as freqüências acumuladas de paresk-co no gráfico k-co ao longo de raios diferentes emanando apartir da origem são comparadas, cada raio diferenteestando associado a uma velocidade de convecção detentativa diferente (pelo fato de a inclinação de um raioser assumida como sendo a velocidade de fluxo ou estandocorrelacionada à velocidade de fluxo de uma formaconhecida). O identificador de crista convectiva 178 proveuma informação sobre as velocidades de convecção detentativa diferentes, uma informação referida geralmentecomo uma informação de crista convectiva.

Um analisador 180 examina a informação de cristaconvectiva incluindo a orientação de crista convectiva(inclinação). Assumindo que a relação de dispersão de linhareta seja dada por k = co/u, o analisador 180 determina avelocidade de fluxo, o número de Mach e/ou o fluxovolumétrico. O fluxo volumétrico pode ser determinado pelamultiplicação da área de seção transversal do interior dotubo 104 pela velocidade do fluxo de processo 102.

O corte de água do fluxo de processo 102 pode serdeterminado pelo uso da saída de pelo menos um dos sensores124 a 130 do medidor de fluxo ultra-sônico 108. Embora umsensor ultra-sônico 124 a 13 0 do medidor de fluxo ultra-sônico 108 seja usado para a determinação do corte de águado fluxo 102, é contemplado que um sensor ultra-sônicoseparado também possa ser usado para a determinação docorte de água. Um sensor ultra-sônico separado para amedição do corte de água permitiria que o sensortransmitisse um sinal ultra-sônico em freqüênciasdiferentes para se garantir que o sensor ultra-sônico parao corte de água esteja operando a uma freqüência maior doque a freqüência ressonante de bolha.

A Lógica de SOS de Líquido converte o tempo detrânsito medido do sinal ultra-sônico em um sinalindicativo da velocidade do som da componente de líquido damistura 102. A freqüência do sinal ultra-sônico sepropagando através do fluxo de fluido 102 é maior do que afreqüência ressonante de bolha, de modo que o gásentranhado não afete o sinal ultra-sônico. Sabendo a SOS daporção de líquido do fluxo de fluido 102, o corte de águado fluxo de fluido 102 pode ser determinado. O corte deágua é uma função da SOS da componente de líquido damistura 102, da SOS do óleo, da SOS da água, do pesoespecífico do óleo e do peso específico da água. Sabendo aSOS e o peso específico do óleo e da água, a relação entreo corte de água do fluxo 102 e a SOS da componente delíquido da mistura 102, o corte de água pode serdeterminado. Conforme mostrado na Fig. 13, esta relação éilustrada no gráfico de SOS da componente de líquido damistura 102 versus corte de água e, portanto, conhecendo-sea SOS da componente de líquido da mistura 102, o corte deágua pode ser determinado.

O corte de água é definido como:

Wc = <K» / (<t>w + <M

onde (j)w é a fração de fase da componente de água dofluxo de fluido e (j)0 é a fração de fase da componente deóleo do fluxo de fluido.

Ainda, a fração de fase do fluxo de fluido pode sercaracterizada como:

1 = ())„ + (j)0 + (j)g

onde <j>w é a fração de fase da componente de água dofluxo de fluido, (|>0 é a fração de fase da componente deóleo do fluxo de fluido e <j)g é a fração de fase dacomponente de gás do fluxo de fluido.

A presente invenção mede o corte de água (Wc) e a GVF((|>g) , conforme descrito aqui anteriormente. O processador114 usando as relações (fórmulas) acima pode determinar asfrações de fase da água ((j)w) e do óleo (<|>o) (isto é, acomposição do fluxo de fluido 102).

O processador 114 então pode determinar (conhecendo afração de fase de cada componente do fluido) a vazãovolumétrica de cada componente usando a fórmula a seguir:

QP = <t>P (U) (A)

onde Qp é a vazão volumétrica de fase (componente) , (j)pé a fração de fase da fase; e U é a velocidade do fluxo defluido, e A é a área de seção transversal do tubo.

Embora o medidor de fluxo baseado em sonar 100 usandoum arranjo de sensores 124 a 13 0 para a medição davelocidade de som de uma onda acústica 90 ser propagandoatravés da mistura seja mostrado e descrito, será apreciadoque qualquer meio para a medição da velocidade do som daonda acústica 90 pode ser usado para a determinação dafração de volume de gás entranhado da mistura/do fluido 102ou outras características do fluxo 102 descritas aquianteriormente.

Embora cada uma das unidades de sensor ultra-sônico124 a 13 0 da Fig. 1 compreenda um par de sensores ultra-sônicos (transmissor e receptor) 131, 132 diametralmenteopostos para a provisão de uma transmissão completa, apresente invenção contempla que um dos seus 131, 132 decada unidade de sensor 124 a 13 0 possa ser deslocadoaxialmente, de modo que o sinal ultra-sônico a partir dosensor de transmissor 131 tenha uma componente axial em suadireção de propagação.

A presente invenção também contempla que as unidadesde sensor 124 a 130 do dispositivo de detecção 112 possamser configuradas em uma configuração de pulso/eco. Nestamodalidade, cada unidade de detecção 124 a 13 0 compreendeum sensor ultra-sônico que transmite um sinal ultra-sônicoatravés da parede de tubo 104 e do fluido 102substancialmente ortogonal à direção de fluxo e recebe umareflexão do sinal ultra-sônico refletido de volta a partirda parede 104 do tubo para o sensor ultra-sônico.

Mais ainda, o dispositivo de detecção 112 pode serconfigurado para funcionar em uma configuração de arremessoe pegada (pitch and catch). Nesta modalidade, cada unidadede sensor 124 a 13 0 compreende um par de sensores ultra-sônicos (transmissor, receptor) 131, 132 dispostosaxialmente ao longo do tubo 104 para serem dispostos nomesmo lado do tubo 104 a uma distância predeterminadaespaçados. Cada sensor de transmissor 131 prove um sinalultra-sônico em um ângulo predeterminado para o fluxo 102.O sinal ultra-sônico se propaga através do fluido 102 ereflete para fora da superfície interna do tubo 104 ereflete o sinal ultra-sônico de volta através do fluido 102para o respectivo sensor de receptor 132.

Conforme mostrado na Fig. 1, embora a porção de sensorultra-sônico compreenda um arranjo de unidades de sensorultra-sônico 124 a 13 0 (veja a Fig. 5), a presente invençãocontempla que qualquer medidor de fluxo ultra-sônico 108uma porção de detecção possa ser usado. O medidor de fluxoultra-sônico 108 pode ser qualquer medidor em qualquer umadas três classes de medidores de fluxo que utilizamtransdutores ultra-sônicos, os quais incluem os medidoresde fluxo ultra-sônicos de tempo de trânsito (TTUF), osmedidores de fluxo ultra-sônicos de Doppler (DUF) e osmedidores de fluxo ultra-sônicos de correlação cruzada(CCUF).

A porção de sensor ultra-sônico pode ser qualquermedidor de fluxo ultra-sônico bem conhecido 108, tais comoem Patente U.S. N° 2.874.568; Patente U.S. N° 4.004.461;Patente U.S. N° 6.532.827; Patente U.S. N° 4.195.517;Patente U.S. N° 5.856.622; e Patente U.S. N° 6.397.683, asquais são todas incorporadas aqui como referência.

O medidor de fluxo baseado em arranjo 108 é similaràquele descrito no Pedido de Patente U.S. N° de Série10/007.749 depositado em 7 de novembro de 2001 (ProtocoloLegal N° CC-0066B) , Pedido de Patente U.S. N° de Série10/007.736 depositado em 8 de novembro de 2001 (ProtocoloLegal N° CC-0122A), Patente U.S. N° 6.587.798, depositadaem 28 de novembro de 2001, (Protocolo Legal N° CC-0295),Pedido de Patente Provisória U.S. N° de Série 60/359.785depositado em 26 de fevereiro de 2002 (Protocolo Legal N°CC-0403), Pedido de Patente Provisória U.S. N° de Série60/425.436, depositado em 12 de novembro de 2002 (ProtocoloLegal N° CC-0538) , Pedido de Patente U.S. N° de Série09/729.994, depositado em 4 de dezembro de 2000 (ProtocoloLegal N° 297), e Pedido de Patente U.S. N° de Série10/875.857 (Protocolo Legal N° CC-0749) depositado em 24 dejunho de 2004, os quais são todos incorporados aqui comoreferência.

Embora um processador de arranjo único 114 sejamostrado para o recebimento e o processamento de sinais deentrada a partir dos sensores de pressão 116 a 122 e dossensores ultra-sônicos 124 a 13 0, a presente invençãocontempla que um processador de arranjo possa ser dedicadoa cada um do arranjo de sensores de pressão 116 a 122 e aoarranjo de sensores ultra-sônicos 124 a 130. Mais ainda,embora as unidades de aquisição 142, 168, de lógica de FFT144, 170, os acumuladores de dados 146, 172, osprocessadores de arranjo 148, 174 e os identificadores decrista 154, 178 sejam mostrados como elementos separados ourotinas separadas de software/processamento, será apreciadoque cada um destes elementos pode ser comum e ser capaz deprocessar os dados associados aos sinais de pressãoassociados à velocidade do som e às pressões que criam umaconvecção com o fluxo de processo 102.

A Fig. 14 ilustra um diagrama de blocos de um aparelhode medição de fluxo 200 similar ao aparelho da Fig. 1, queinclui um dispositivo de detecção (cabeçote sensor) 112montado em um tubo 104 e uma unidade de processamento ouprocessador de arranjo (transmissor) 114. 0 aparelho 200funciona como um medidor de GVF 106, um medidor de fluxo108 e um medidor de corte de água 110. Nesta modalidade, ocabeçote sensor 112 do medidor de GVF 106 funciona como ocabeçote sensor 112 para o medidor de GVF 106 e o medidorde fluxo 108 da Fig. 1. O processamento de todos os dados ésimilar àquele descrito aqui anteriormente. Números dereferência iguais são os mesmos elementos e funcionam damesma maneira que aquela descrita aqui anteriormente.

Com referência à Fig. 15, o cabeçote sensor 112 incluium arranjo de sensores baseados em deformação ou de pressão116 a 122. Os sinais providos pelos sensores de pressão 116a 122 são processados para a determinação da fração devolume de gás (ou de vazios) do fluxo 102, a velocidade dofluxo 102, a vazão volumétrica, e a velocidade do som damistura (isto é, do fluxo) 102. A combinação de medidor deGVF/fluxo, de acordo com a presente invenção, podedeterminar a velocidade na qual o som (isto é, a ondaacústica 90 na Fig. 5) se propaga através do fluxo defluido 102 dentro do tubo 104, para a medição da velocidadedo som da mistura 102 e da fração de vazios (ou de volume)de gás do fluxo 102. O medidor de GVF / fluxo também podedeterminar a velocidade na qual perturbações de pressão(por exemplo, perturbações de vórtice) se propagam atravésdo tubo 104 para a determinação da velocidade do fluxo defluido 102. As perturbações de pressão podem ser na formade perturbações de vórtice 164 (por exemplo, rodamoinhosturbulentos na Fig. 5) , ou outras perturbações de pressãoque criam convecção (ou se propagam) com o fluxo 102.

Conforme sugerido e adicionalmente descrito em maioresdetalhes aqui adiante, o aparelho 2 00 tem a capacidade demedir a velocidade do som (SOS) e a vazão (ou a velocidade)usando uma ou ambas as técnicas usando-se o mesmo arranjode sensores de pressão 116 a 122 descritas aqui abaixo:

1) Determinação da velocidade do som de perturbaçõesacústicas ou ondas de som se propagando através do fluxo102 usando-se o arranjo de sensores de pressão 116 a 122,e/ou

2) Determinação da velocidade de perturbações depressão (por exemplo, rodamoinhos de vórtice 164) sepropagando através do fluxo 102 usando o arranjo desensores de pressão 116 a 122.

Estas técnicas são similares àquilo que foi ensinado edescrito aqui anteriormente com referência às Fig. 8 e 11,respectivamente. Também, o processamento relativo aomedidor de corte de água 110 é similar àquele descrito aquiantes.

Alguém versado na técnica deve apreciar que o medidorde corte de água ultra-sônico 110 também pode ser usadocomo um medidor independente, para se permitir que umusuário meça o corte de água de um fluxo de fluidomultifásico 102 tendo ar entranhado.

Os sensores de pressão 116 a 122 e os sensores ultra-sônicos 124 a 130 mostrados no aparelho 100, 200 nas Fig. 4e 15, respectivamente, podem ser sensores fixos por gramposnão úmidos. Estes sensores fixos por grampos permitem que oaparelho 100, 200 seja retroadaptado em tubos 104, sem seter que parar o sistema. O aparelho 100, 200 também nãointerferiria com o fluxo de fluido 102 e não criariaqualquer contrapressão do fluxo de fluido 102. Uma outravantagem dos sensores fixos por grampos não úmidos é quecorrosão ou formação de incrustação não interfere com ossensores.

Em uma modalidade, conforme mostrado nas Fig. 4 e 15,cada um dos sensores de pressão 116 a 122 pode incluir umfilme piezoeletrico afixado a uma correia de banda múltiplaunitária para a medição de pressões não permanentes dofluxo 102, usando-se qualquer técnica descrita aquianteriormente. Os sensores de filme piezoeletrico 116 a 122podem ser montados em um substrato unitário ou manta, o quepode ser montado ou grampeado na superfície externa 132 dotubo 104, o que será descrito em maiores detalhes aquiadiante.

Os sensores de filme piezoeletrico 116 a 122 podemincluir um material ou filme piezoelétrico para a geraçãode um sinal elétrico proporcional ao grau em que o materialé mecanicamente deformado ou tensionado. O elemento dedetecção piezoelétrico tipicamente é conformado parapermitir uma medição circunferencial completa ou quasecompleta de deformação induzida, para a provisão de umsinal de pressão de média circunferencial. Os sensores 116a 122 podem ser formados a partir de filmes de PVDF, filmesde co-polímero ou sensores PZT flexíveis, similares àquelesdescritos em "Piezo Film Sensors Technical Manual", providopela Measurement Specialties, Inc., o qual é incorporadoaqui como referência. Um sensor de filme piezoelétrico quepode ser usado para a presente invenção é o número decatálogo 1-1002405-0, LDT4-028K, fabricado pela MeasurementSpecialties, Inc.. Embora o material de filme piezoelétricoseja provido substancialmente pelo comprimento da banda e,portanto, pela circunferência do tubo 104, a presenteinvenção contempla que o material de filme piezoelétricopode ser disposto ao longo de uma porção da banda dequalquer comprimento menor do que a circunferência do tubo 104 .

O filme piezoelétrico ("piezofilme") , como o materialpiezoelétrico, é um material dinâmico que desenvolve umacarga elétrica proporcional a uma mudança na tensãomecânica. Conseqüentemente, o material piezoelétrico mede adeformação induzida no tubo 104 devido a variações depressão não permanentes ou estocásticas (por exemplo, devórtices e/ou acústicas) dentro do fluxo de processo 102.

Uma deformação dentro do tubo 104 é convertida como umavoltagem de saída ou corrente pelo sensor piezoelétricoafixado 116 a 122. O material ou filme piezoelétrico podeser formado de um polímero, tal como um f luoropolímeropolarizado, fluoreto de polivinilideno (PVDF). Os sensoresde filme piezoelétrico são similares àqueles descritos noPedido de Patente U.S. N° de Série 10/712.818 (ProtocoloCiDRA N° CC-0675) , depositado em 12 de novembro de 2003 eno Pedido de Patente U.S. N° de Série 10/795.111 (ProtocoloCiDRA N° CC-0731) , depositado em 4 de março de 2004, osquais são incorporados aqui como referência. As vantagensdesta técnica de sujeição com grampo usando um filmepiezoelétrico incluem medições de vazão não intrusivas,baixo custo e técnicas de medição que não requerem umafonte de excitação. Deve ser apreciado que o(s) sensor (es)116 a 122 pode (m) ser instalado (s) ou montado (s) no tubo104 como sensores individuais 116 a 122 ou todos ossensores 116 a 122 podem ser montados como uma unidadeúnica, conforme mostrado nas Fig. 4 e 15.

Os sensores de pressão 116 a 122 da Fig. 4 descritosaqui podem ser qualquer tipo de sensor, capaz de medir aspressões não permanentes (ou ac ou dinâmicas) ou parâmetrosque criem convecção com o fluxo 102 dentro do tubo 104,tais como dispositivos piezoelétricos, óticos, capacitivos,resistivos (por exemplo, uma ponte de Wheatstone),acelerômetros (ou geofones), dispositivos de medição develocidade, dispositivos de medição de deslocamento,dispositivos ultra-sônicos, etc. Se sensores de pressãoóticos forem usados, os sensores 116 a 122 podem sersensores de pressão baseados em uma rede de difração deBragg, tais como aqueles descritos no Pedido de PatenteU.S. N° de Série 08/925.598, intitulado "High SensitivityFiber Optic Pressure Sensor For Use In Harsh Environments" ,depositado em 8 de setembro de 1997, agora Patente U.S. N°6.016.702, e no Pedido de Patente U.S. N° de Série10/224.821, intitulado "Non-Intrusive Fiber Optic PressureSensor for Measuring Unsteady Pressures within a Pipe", osquais são incorporados aqui como referência. Em umamodalidade da presente invenção que utiliza fibra óticacomo os sensores de pressão 116 a 122, os sensores depressão 116 a 122 podem ser conectados individualmente oupodem ser multiplexados ao longo de uma ou mais fibrasóticas usando-se uma multiplexação de divisão de freqüência(WDM), uma multiplexação de divisão de tempo (TDM) ouquaisquer outras técnicas de multiplexação ótica.

Em certas modalidades da presente invenção, umtransdutor de pressão piezoelétrico pode ser usado como umou mais dos sensores de pressão 116 a 122, e pode medir asvariações de pressão não permanentes (ou dinâmicas ou ac)dentro do tubo 104 pela medição dos níveis de pressãodentro do tubo 104. Estes sensores 116 a 122 podem seracoplados no tubo 104 para fazerem contato direto com ofluxo de processo 102. Em uma modalidade da presenteinvenção, os sensores 116 a 122 compreendem sensores depressão fabricados pela PCB Piezotronics. Em um sensor depressão há sensores do tipo de modo de voltagempiezoelétrico de circuito integrado que caracterizamamplificadores microeletrônicos embutidos, e convertem acarga de impedância alta em uma saída de voltagem deimpedância baixa. Especificamente, um Modelo 106B fabricadopela PCB Piezotronics é usado, o qual é um sensor depressão de quartzo piezoelétrico de circuito integrado deaceleração compensada de alta sensibilidade adequado para amedição de fenômenos acústicos de baixa pressão em sistemashidráulicos e pneumáticos.

Também está no escopo da presente invenção quequalquer técnica de detecção de deformação possa ser usadapara a medição das variações na deformação no tubo 104,tais como medidores de deformação eletrônicos ou elétricospiezoelétricos altamente sensíveis afixados ao tubo 104.Outros medidores de deformação incluem medidores do tipo defolha resistiva tendo uma configuração de trilha de pistasimilar àquela mostrada no Pedido de Patente U.S. N° deSérie 09/344.094, depositado em 25 de junho de 1999, agoraPatente U.S. N° 6.3 54.14 7, o qual é incorporado aqui comoreferência. A invenção também contempla medidores dedeformação que são dispostos em torno de uma porçãopredeterminada da circunferência do tubo 104. Oposicionamento axial de e a distância de separação AXi, AX2entre os sensores de deformação 116 a 122 são determinadosconforme descrito aqui acima.

A informação/medição provida pela presente invençãopode ser usada para monitoração da característica de fluxofluindo com o tubo, para controle de um processo e para odiagnóstico de problemas no processo. O usuário tambémrecupera os dados armazenados no processador através de umdispositivo de entrada/saída/portas.

Também está no escopo da presente invenção quequalquer outra técnica de detecção de deformação pode serusada para a medição das variações na deformação no tubo104, tais como medidores de deformação eletrônicos ouelétricos piezoelétricos altamente sensíveis afixados a ouembutidos no tubo 104.

Embora a descrição tenha descrito o aparelho 100, 200como um medidor único que mede a GVF, o fluxo e o corte deágua, cada função pode ser separada em medidoresindividuais para a medição de GVF, fluxo e corte de água.

Embora as modalidades da presente invenção incluamsensores ou dispositivos de sujeição por grampos, seráapreciado que os sensores ou dispositivos podem seracoplados ou úmidos para estarem em contato com o fluxo defluido 102.

A presente invenção ainda contempla que um dispositivode mistura de fluido, similar àquele comumente conhecido natécnica, possa ser disposto antes (ou a montante do fluxo)dos sensores, para a provisão de um fluido bem misturado.Um fluido bem misturado assegura um deslizamento mínimo ounulo entre a fase de líquido e a fase de gás. Umdeslizamento é definido como uma diferença de velocidadeentre a fase de líquido e a fase de gás do fluxo de fluido102.

As dimensões e/ou as geometrias para qualquer uma dasmodalidades descritas aqui são meramente para finsilustrativos e, como tal, quaisquer outras dimensões e/ougeometrias podem ser usadas, se desejado, dependendo daaplicação, do tamanho, da performance, das exigências defabricação ou de outros fatores, tendo em vista osensinamentos aqui.

Deve ser compreendido que, a menos que declarado deoutra forma aqui, qualquer um dos recursos, dascaracterísticas, alternativas ou modificações descritos,independentemente de uma modalidade em particular aqui,também pode ser aplicado, usado ou incorporado com qualqueroutra modalidade descrita aqui. Também, os desenhos aquinão estão desenhados em escala.

Embora a invenção tenha sido descrita e ilustrada comrespeito às modalidades de exemplo da mesma, o precedente evárias outras adições ou omissões podem ser feitos ali epara isso, sem se desviar do conceito inventivo e do escopoda presente invenção.

Claims

1. Aparelho para a determinação de uma característicade um fluido fluindo em um tubo, o aparelho caracterizadopelo fato de compreender:pelo menos um primeiro dispositivo de detecção, ondepeo menos um primeiro dispositivo de detecção é associadoao tubo, de modo que pelo menos um primeiro dispositivo dedetecção detecta uma componente de freqüência baixa dofluido e gera primeiros dados de sensor em resposta àcomponente de freqüência baixa do fluido;pelo menos um segundo dispositivo de detecção, ondepelo menos um segundo dispositivo de detecção estáassociado ao tubo, de modo que pelo menos um segundodispositivo de detecção detecte uma componente defreqüência alta do fluido e gere segundos dados de sensorem resposta â componente de freqüência alta do fluido; eum dispositivo de processamento, onde o dispositivo deprocessamento está em comunicação com pelo menos umprimeiro dispositivo de detecção e pelo menos um segundodispositivo de detecção para recebimento e processamentodos primeiros dados de sensor e dos segundos dados desensor para a geração de dados de fluido em resposta a umacaracterística do fluido.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato da característica do fluido serpelo menos um dentre uma Fração de Volume de Gás (GVF), umavazão volumétrica e um valor de corte de água.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de pelo menos um primeirodispositivo de detecção gerar primeiros dados de sensor emresposta à velocidade do som através do fluido.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do fluido incluir uma fase delíquido compreendendo água e pelo fato de pelo menos umsegundo dispositivo de detecção gerar segundos dados desensor em resposta a pelo menos uma dentre a vazão dofluido e a velocidade do som através da água.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de pelo menos um primeirodispositivo de detecção incluir uma pluralidade deprimeiros dispositivos de detecção, onde a pluralidade deprimeiros dispositivos de detecção é axialmente distribuídaao longo do tubo.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de pelo menos um segundodispositivo de detecção incluir uma pluralidade de segundosdispositivos de detecção, onde a pluralidade de segundosdispositivos de detecção é axialmente distribuída ao longodo tubo.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de pelo menos um segundodispositivo de detecção incluir um dispositivo detransmissão e um dispositivo de recepção.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato do dispositivo de transmissão e odispositivo de recepção serem dispostos em ladosdiametralmente opostos do tubo.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do aparelho incluir um dispositivode fixação para associação de forma removível e segura doaparelho com uma porção externa do tubo, onde o dispositivode fixação é configurado para fácil remoção e instalação doaparelho.

10. Método para determinação de uma característica deum fluido fluindo em um tubo, o método caracterizado pelofato de compreender:a geração de dados de Velocidade de Som em resposta àvelocidade do som em pelo menos uma porção do fluido parapelo menos uma primeira freqüência e uma segundafreqüência;a detecção da velocidade convectiva de campos depressão criados pelo fluido e a geração de dadosconvectivos em resposta à velocidade convectiva dos camposde pressão; eo processamento dos dados de Velocidade de Som e dosdados convectivos para a determinação da característica dofluido.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato da característica do fluido serpelo menos um dentre um valor de Corte de Água, uma FraçãoVolumétrica de gás e uma vazão volumétrica.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato da primeira freqüência ser menor doque em torno de 1 kHz e pelo fato da segunda freqüência sermaior do que em torno de 100 kHz.

13. Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato da geração incluir a monitoração deforma passiva do fluido para as ondas de som tendo aprimeira freqüência.

14. Método, de acordo com a Reivindicação 10,caracterizado pelo fato da geração ainda incluir aintrodução de uma onda de som no fluido em um lado do tubo,de modo que a onda de som viaje através do fluido em umadireção ortogonal à direção de fluxo do fluido.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato da geração ainda incluir a detecçãoda onda de som pelo recebimento da onda de som com umdispositivo de detecção, após a onda de som ter atravessadoo fluido.

16. Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato da geração ainda incluir aintrodução de uma onda de som no fluido e a detecção daonda de som pelo recebimento da onda de som com umdispositivo de detecção, após a onda de som ter atravessadoo fluido.

17. Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato do processamento incluir oprocessamento de pelo menos um dos dados de Velocidade doSom para a primeira freqüência, dos dados de Velocidade doSom para a segunda freqüência e dos dados convectivos paraa determinação de pelo menos um dentre um valor de Corte deÁgua, uma Fração Volumétrica de Gás e uma vazãovolumétrica.

18. Aparelho para a determinação do valor de corte deágua de um fluido multifásico fluindo em um tubo, odispositivo caracterizado pelo fato de compreender:um dispositivo de transmissão configurado paraintroduzir um sinal acústico de alta freqüência no fluido;um dispositivo de recepção, onde o dispositivo derecepção é configurado para receber o sinal acústico dealta freqüência após o sinal acústico de alta freqüênciater atravessado pelo menos uma porção do fluido, onde pelomenos um dentre o dispositivo de transmissão e odispositivo de recepção gera dados de sensor em resposta aosinal acústico de alta freqüência recebido; eum dispositivo de processamento, onde o dispositivo deprocessamento está em comunicação com pelo menos um dentreo dispositivo de transmissão e o dispositivo de recepçãopara o recebimento e o processamento dos dados de sensorpara a determinação do valor de corte de água do fluido.

19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato do sinal acústico de altafreqüência ser uma onda acústica que tem uma freqüênciamaior do que em torno de 100 kHz no fluido.

20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato dos dados de sensor serem dadosanalógicos e pelo fato do dispositivo de processamentogerar dados digitais em resposta aos dados analógicos eprocessa os dados digitais para a geração do valor de cortede água.

21. Método para a determinação do valor de corte deágua de um fluido fluindo através de um tubo, o métodocaracterizado pelo fato de compreender:a introdução de uma onda acústica que tem umafreqüência predeterminada no fluido;após a onda acústica ter atravessado pelo menos umaporção do fluido, o recebimento da onda acústica e ageração de dados de sensor em resposta pelo menos em parteà onda acústica recebida; eo processamento dos dados de sensor para adeterminação do valor de corte de água do fluido.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato da freqüência predeterminada sermaior do que em torno de 100 kHz.

23. Método, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato da introdução incluir a introduçãodirecional da onda acústica no fluido, de modo que a ondaacústica atravesse o fluido em uma direção substancialmenteortogonal à direção de fluxo do fluido.