BR112020024254A2 - sensores de gotícula para sistemas de combustível - Google Patents

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Daryl L. Quam
Cullen E. Hall
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Abstract

Trata-se de um sistema de detecção de gotícula que inclui um canal de detecção, tal como um canal microfluídico, configurado para receber um fluxo de fluido que pode conter uma ou mais gotículas líquidas dispersas no fluido. A área em corte transversal do canal de detecção pode ser configurada para permitir que gotículas de um tamanho predeterminado fluam através do canal uma por vez. Uma fonte de luz, uma passagem de luz e um detector de luz são posicionados fora do canal de detecção, que usa luz em uma banda de frequência selecionada que tem uma absorbância substancialmente diferente para o líquido em comparação com o fluido. As gotículas líquidas podem ser detectadas e caracterizadas com o uso de um sinal do detector de luz.

Description

“SENSORES DE GOTÍCULA PARA SISTEMAS DE COMBUSTÍVEL”
[001] O presente pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório no US 62/678.806, depositado em 31 de maio de 2018, que é incorporado a título de referência a esta revelação.
[002] A presente revelação refere-se a sensores de gotículas. Em particular, a presente revelação se refere a sensores de gotículas configurados para detectar gotículas de líquido dispersas em um fluido diferente, tais como gotículas de água dispersas no combustível.
[003] A água no combustível pode ser problemática em sistemas de combustível de motores de combustão interna. Água no combustível pode danificar os injetores de combustível devido à corrosão ou vaporização durante a combustão. Por exemplo, danos aos injetores podem causar vários problemas na operação do motor, como o não cumprimento dos padrões de emissão jurisdicionais. Danos no injetor de combustível podem exigir reparos ou manutenção. O tempo de operação reduzido pode ser particularmente oneroso para veículos comerciais ou industriais.
[004] Sensores, tais como sensores de água no combustível (WIF), foram propostos para detectar água no combustível. Um tipo de sensor é um sistema de flutuação, que usa material com densidade entre água e combustível. Outro tipo de sensor é um sensor de condutividade. Ambos esses tipos de sensores são sujeitos a problemas ao longo do tempo, como sujeira ou resíduos que se acumulam nas superfícies. Em particular, os sensores de WIF condutores podem ser suscetíveis à corrosão e revestimento eletroquímico ao longo do tempo. Foram propostos sensores de fluxo em linha em sistemas de combustível com o uso de fontes de luz em comprimentos de onda próximos ao infravermelho para detectar água no combustível. Alguns sistemas são projetados para ter comprimentos de percurso entre a fonte de luz e o detector na ordem de centímetros para serem adequados para detectar água. Tais sistemas podem ser ineficazes na distinção entre água dissolvida e gotículas de água, que podem ter impactos diferentes nos injetores. Além disso, tal sistema pode fornecer informações de dimensionamento imprecisas quando múltiplas gotículas de água estiverem presentes no detector.
[005] Há uma necessidade de sensores aprimorados para mitigar danos ao injetor de combustível e melhorar o desempenho dos motores de combustão interna ao longo do tempo.
SUMÁRIO
[006] Vários aspectos da presente revelação se referem a sensores de gotículas configurados para detectar líquido em um fluido diferente com o uso de um canal de detecção, tal como detectar gotículas de líquido dispersas em um fluido diferente com o uso de um canal microfluídico. Em algumas modalidades, os sensores de detecção de gotícula podem ser configurados para detectar gotículas de água dispersas em um fluido de hidrocarboneto, tal como combustível, que pode ser descrito como um sensor de água no combustível (WIF) microfluídico. A luz infravermelha pode ser usada pelos sensores de gotícula para medir a absorbância da luz através do canal microfluídico e determinar se ou quanto de uma gotícula de líquido está presente no fluido. O sensor de gotícula pode ser configurado para diferenciar, ou distinguir, entre gotículas de líquido dispersas em fluido e líquido dissolvido em fluido à medida que o fluido flui através do canal microfluídico. As informações do sensor podem ser usadas para determinar um ou mais dentre a concentração de líquido no fluido, o tamanho da gotícula de líquido ou a taxa de gotícula de líquido de fluxo através do canal microfluídico. Um nível de água também pode ser medido com o uso do sensor.
[007] Em um aspecto, a presente revelação se refere a um sistema que inclui um canal microfluídico configurado para receber um fluxo de um primeiro fluido e um segundo fluido disperso no primeiro fluido. O segundo fluido tem uma composição diferente do primeiro fluido. O sistema também inclui uma fonte de luz configurada para direcionar um feixe de luz em uma banda de frequência ao longo de um percurso através do canal microfluídico. A banda de frequência é selecionada para ter uma absorbância superior pelo segundo fluido do que pelo primeiro fluido. O sistema inclui adicionalmente um elemento de abertura que define uma abertura de luz posicionada no percurso do feixe de luz da fonte de luz. O sistema inclui adicionalmente um detector de luz posicionado para receber o feixe de luz em uma área de detecção após passar através do canal microfluídico e da abertura de luz. O detector de luz é configurado para fornecer um sinal que representa uma quantidade de luz na banda de frequência que permanece após passar pelo canal microfluídico. O sistema inclui adicionalmente um controlador acoplado operacionalmente ao detector de luz e configurado para determinar se o segundo fluido está em forma de gotícula com base no sinal.
[008] Em outro aspecto, a presente revelação se refere a um sistema que inclui um separador de combustível e água que tem um alojamento que define um volume de coleta de água. O volume de coleta de água é conectado de forma fluida a uma linha de combustível de motor e conectado de forma fluida a uma saída de drenagem de água. O sistema também inclui uma fonte de luz configurada para direcionar um feixe de luz em uma banda de frequência ao longo de um percurso através do volume de coleta de água. A banda de frequência é selecionada para ser absorvida pela água. O sistema inclui adicionalmente um detector de luz posicionado para receber o feixe de luz em uma área de detecção após passar através de pelo menos parte do volume de coleta de água. O detector de luz é configurado para fornecer um sinal que representa uma quantidade de luz na banda de frequência. O sistema inclui adicionalmente um controlador acoplado operacionalmente ao detector de luz e configurado para determinar se água é detectada com base no sinal.
[009] Em ainda outro aspecto, a presente revelação se refere a um sistema que inclui um canal microfluídico configurado para receber um fluxo de fluido de hidrocarboneto. O canal microfluídico tem uma área de corte transversal dimensionada para receber uma gotícula de água em um momento em que uma gotícula de água de um tamanho predeterminado é dispersa no fluido de hidrocarboneto. O sistema também inclui uma fonte de luz posicionada fora do canal microfluídico configurada para gerar luz em uma banda de frequência selecionada de modo que a gotícula de água tenha uma absorbância superior ao fluido de hidrocarboneto na banda de frequência selecionada. O sistema inclui adicionalmente um detector de luz sensível à banda de frequência selecionada posicionado fora do canal microfluídico e configurado para fornecer um sinal que representa uma quantidade de luz remanescente após passar através do canal microfluídico. O sistema inclui adicionalmente uma abertura de luz posicionada entre a fonte de luz e o detector de luz, em que a luz da fonte de luz que passa através da abertura de luz forma um feixe de luz que define um eixo geométrico do feixe que se estende através da fonte de luz, do canal microfluídico e do detector de luz. O sistema inclui adicionalmente um controlador conectado operacionalmente ao detector de luz e configurado para detectar uma ou mais gotículas de água dispersas no fluxo de fluido de hidrocarboneto com base no sinal do detector de luz que representa a quantidade de luz da fonte de luz remanescente após passar através do canal microfluídico e da abertura de luz.
[010] Em ainda outro aspecto, a presente revelação se refere a um sensor que inclui um canal microfluídico dimensionado para receber um fluxo de fluido. O canal microfluídico tem uma área de corte transversal dimensionada para receber uma gotícula de líquido em um momento em que uma gotícula de líquido de um tamanho predeterminado é dispersa no fluido. O sensor também inclui uma fonte de luz posicionada fora do canal microfluídico configurada para gerar luz em uma banda de frequência selecionada de modo que as gotículas tenham uma absorbância diferente do líquido diferente na banda de frequência selecionada. O sensor inclui adicionalmente um detector de luz sensível à banda de frequência selecionada posicionado fora do canal microfluídico e configurado para fornecer um sinal que representa uma quantidade de luz remanescente após passar através do canal microfluídico. O sensor inclui adicionalmente uma abertura de luz posicionada entre a fonte de luz e o detector de luz, em que a luz da fonte de luz que passa através da abertura de luz forma um feixe de luz que define um eixo geométrico do feixe que se estende através da fonte de luz, do canal microfluídico e do detector de luz. Uma largura da abertura de luz e o detector de luz definem uma área de detecção. O sensor inclui adicionalmente um controlador conectado operacionalmente ao detector de luz e configurado para determinar uma taxa de gotículas através da área de detecção do canal microfluídico com base no sinal do detector de luz que representa a quantidade de luz da fonte de luz remanescente após passar pelo canal microfluídico e pela abertura de luz.
[011] Em um aspecto adicional, a presente revelação se refere a um sensor de gotícula de água que inclui um canal microfluídico que define uma área de corte transversal menor que 1 mm2. O sensor também inclui uma fonte de luz posicionada fora do canal microfluídico configurada para gerar luz em uma banda de frequência próxima ao infravermelho. O sensor inclui adicionalmente um detector de luz sensível à banda de frequência selecionada posicionado fora do canal microfluídico e configurado para fornecer um sinal que representa uma quantidade de luz remanescente após passar através do canal microfluídico. O sensor inclui adicionalmente uma abertura de luz posicionada entre a fonte de luz e o detector de luz, em que a luz da fonte de luz que passa através da abertura de luz forma um feixe de luz que define um eixo geométrico do feixe que se estende através da fonte de luz, do canal microfluídico e do detector de luz. A abertura tem uma largura inferior a 1 mm. O sensor inclui adicionalmente um controlador conectado operacionalmente ao detector de luz e configurado para detectar uma ou mais gotículas de água dispersas no fluxo de fluido de hidrocarboneto com base no sinal do detector de luz que representa a quantidade de luz da fonte de luz remanescente após passar através do canal microfluídico e da abertura de luz.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[012] Várias modalidades da revelação são ilustradas nos desenhos, que são resumidos como se segue:
[013] A Figura 1 ilustra um sistema de motor com um sensor de gotícula, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[014] A Figura 2 ilustra um sensor de gotícula que pode ser usado no sistema da Figura 1
[015] As Figuras 3A a 3D ilustram uma gotícula de líquido grande em uma área de detecção de um canal microfluídico do sensor de gotícula das Figuras 1 a 2. A Figura 3A é uma vista em perspectiva; a Figura 3B é uma vista de área em corte transversal; a Figura 3C é uma vista de cima para baixo e a Figura 3D é um gráfico de sinal de detector de luz.
[016] As Figuras 4A a 4D ilustram uma gotícula de líquido média em uma área de detecção de um canal microfluídico do sensor de gotícula das Figuras 1 a 2. A Figura 4A é uma vista em perspectiva; a Figura 4B é uma vista de área em corte transversal; a Figura 4C é uma vista de cima para baixo e a Figura 4D é um gráfico de sinal de detector de luz.
[017] As Figuras 5A a 5D ilustram uma gotícula de líquido pequena em uma área de detecção de um canal microfluídico do sensor de gotícula das Figuras 1 a 2. A Figura 5A é uma vista em perspectiva; a Figura 5B é uma vista de área em corte transversal; a Figura 5C é uma vista de cima para baixo e a Figura 5D é um gráfico de sinal de detector de luz.
[018] A Figura 6 ilustra um conjunto de detecção que pode ser usado no sistema da Figura 1.
[019] A Figura 7 ilustra outro conjunto de detecção que pode ser usado no sistema da Figura 1.
[020] A Figura 8 ilustra um layout de um controlador de sensor que pode ser usado no sistema da Figura 1.
[021] A Figura 9 ilustra um método de detecção e caracterização de uma gotícula de líquido que pode ser usado com o sistema da Figura 1.
[022] A Figura 10 ilustra um sensor de gotícula que pode ser usado no sistema da Figura 1 que tem um bocal convergente-divergente.
[023] As Figuras 11 a 13 ilustram vários sensores de gotícula que podem ser usados no sistema da Figura 1 tendo um canal microfluídico que se estende para um canal de fluxo principal.
[024] As Figuras 14A a 14B e 15A a 15B ilustram vários sensores de gotícula que podem ser usados no sistema da Figura 1 tendo um canal microfluídico submerso em um canal de fluxo principal.
[025] As Figuras 16 a 18 ilustram vários separadores de água e combustível, ou filtros de combustível, que podem ser usados no sistema da Figura 1 incluindo um sensor de nível de água.
[026] A Figura 19 ilustra várias posições para sensores em um separador de água e combustível que pode ser usado no sistema da Figura 1.
[027] A Figura 20 ilustra uma configuração experimental que inclui um conjunto de detecção.
[028] A Figura 21 ilustra um gráfico de sinal de detector de luz com o uso do conjunto de detecção da Figura 20.
[029] A Figura 22 ilustra um gráfico de sinal de detector de luz com o uso de um conjunto de detecção com um gerador de gotícula direcionada a fluxo.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[030] Esta revelação se refere a sensores configurados para detectar ou caracterizar gotículas de líquido dispersas em um fluido diferente com o uso de um ou mais canais de detecção, tais como canais microfluídicos. Embora seja feita referência no presente documento a sensores de gotícula de água para proteger os sistemas de combustível de motor, tais como sensores de água no combustível (WIF), os sensores e técnicas relacionadas podem ser usados para detectar ou caracterizar qualquer líquido no fluido para o qual a absorbância do líquido é diferente do fluido, bem como várias aplicações veiculares ou não veiculares. Exemplos não limitantes de outras aplicações incluem a detecção de água em óleo ou a detecção de água em tanques de combustível usados para armazenamento de combustível a granel. Um nível de água também pode ser medido com o uso do sensor. Várias outras aplicações se tornarão evidentes para o versado na técnica que tenha o benefício desta revelação.
[031] Em aplicações relacionadas a sistemas de combustível de motor, diferentes formas de água podem ter efeitos diferentes em vários componentes do sistema de combustível. Por exemplo, a água que não é dissolvida no combustível, que pode ser descrita como água livre, gotículas de água ou água dispersa, pode causar danos aos sistemas do motor, provocando ferrugem, estimulando o crescimento microbiano, danificando injetores de combustível ou provocando mau desempenho de ignição.
[032] Pode ser benéfico fornecer um sensor configurado para detectar com precisão gotículas de água ou água livre, em vez de tratar todas as formas de água igualmente. Por exemplo, o sensor pode ser substancialmente mais sensível à detecção de gotículas de água, tal como água emulsionada no combustível, em comparação com água dissolvida no combustível. Pode ser benéfico fornecer sensores que possam exigir menos manutenção do que os sensores existentes, tais como sensores flutuantes ou sensores de WIF condutores. Além disso, pode ser benéfico fornecer um sensor que possa ser usado para caracterizar as gotículas de água no combustível.
[033] A presente revelação fornece sensores de gotícula que podem ser configurados para usar luz, tais como comprimentos de onda de luz infravermelha próxima (NIR), para detectar e dimensionar gotículas de água em uma corrente de fluido de hidrocarboneto, tal como combustível ou óleo, com o uso de um ou mais canais microfluídicos. O canal microfluídico pode ter uma área de corte transversal que é um quadrado, retângulo, círculo, oval, semicírculo ou qualquer outro formato geométrico adequado. O canal microfluídico limita o comprimento do percurso da luz através do canal que é usado para detectar gotículas de água no combustível. Vantajosamente, o comprimento do percurso limitado fornecido pelo canal microfluídico pode reduzir a ocorrência de algumas gotículas de água que são escondidas atrás de outras gotículas de água em uma área de detecção do sensor de gotículas, facilitando assim uma sensibilidade para detectar gotículas de água superior àquela para detectar água dissolvida, o que pode facilitar a caracterização acurada e precisa das gotículas.
[034] Em algumas aplicações, a largura ou profundidade do canal microfluídico pode ser dimensionada comparativamente às gotículas de água de interesse. Por exemplo, gotículas em uma faixa de 15 a 300 micrômetros de diâmetro podem ser detectadas e dimensionadas com o uso de um canal microfluídico com uma largura de 150 micrômetros. Em outras palavras, um diâmetro de gotícula até um décimo da largura ou profundidade do canal microfluídico pode ser detectado e dimensionado. Gotículas menores podem ser detectadas e dimensionadas com o uso de um canal menor, como uma largura de 100 micrômetros, um alinhamento mais preciso ou um detector eletrônico mais sensível.
[035] A absorbância da água para a luz NIR pode ser substancialmente diferente da absorbância do combustível. Por exemplo, a água pode ter uma absorbância maior do que 3, enquanto o fluido de hidrocarboneto, tal como combustível, pode ter uma absorbância menor que 0,5 para um comprimento de percurso de 10 milímetros. Em uma ou mais modalidades, um sensor inclui uma fonte de luz NIR centrada em aproximadamente 1.550 nanômetros, uma abertura circular alinhada com o canal e um detector de luz. Em algumas modalidades, o sensor pode não ter qualquer óptica de foco, e muitas partes dos sensores de gotícula, tais como a fonte de luz e o detector de luz, não precisam entrar em contato físico com a água ou combustível para detectar as gotículas de água com o uso de luz, o que pode facilitar a operação robusta do sensor eletrônico, por exemplo, devido ao menor risco de corrosão em comparação com um sensor de WIF condutivo. Em algumas modalidades, apenas o canal microfluídico pode entrar em contato com a água ou combustível. Além disso, o sensor de gotícula pode ser projetado com o uso de peças de baixo consumo de energia e sem peças móveis, o que pode proporcionar menos eventos de manutenção e tempos operacionais mais longos.
[036] Como usado no presente documento, o termo "luz" se refere à energia em um ou mais comprimentos de onda no espectro eletromagnético. Exemplos não limitantes de "luz" incluem energia solar, luz infravermelha (IR), luz visível ou luz ultravioleta (UV). A luz infravermelha pode incluir comprimentos de onda em uma faixa de 0,75 micrômetros até 1.000 micrômetros.
[037] Como usado no presente documento, o termo luz "infravermelha próxima" ou "NIR" inclui comprimentos de onda maiores ou iguais a 0,75 ou 0,78 micrômetros e menores ou iguais a 2,5 ou 3 micrômetros.
[038] Como usado no presente documento, o termo "ou" é geralmente empregado em seu sentido inclusivo, por exemplo, para significar "e/ou", a menos que o contexto determine claramente o contrário. O termo "e/ou" significa um ou todos os elementos listados ou uma combinação de pelo menos dois dos elementos listados.
[039] Agora será feita referência aos desenhos, que representam um ou mais aspectos descritos nesta revelação. No entanto, será entendido que outros aspectos não representados nos desenhos estão dentro do escopo desta revelação. Números semelhantes usados nas figuras se referem a componentes, etapas e similares semelhantes. No entanto, será entendido que o uso de um caractere de referência para se referir a um elemento em uma dada figura não se destina a limitar o elemento em outra figura identificado com o mesmo caractere de referência. Além disso, o uso de caracteres de referência diferentes para se referir a elementos em figuras diferentes não tem a intenção de indicar que os elementos referenciados de forma diferente não podem ser iguais ou semelhantes.
[040] A Figura 1 mostra o sistema 100 com o sensor de gotícula 102 que é configurado para detectar líquido disperso em um fluido diferente. Na modalidade ilustrada, o sistema 100 é um sistema de motor que inclui o motor 120, o sistema de combustível 130 e o computador 122. O motor 120 pode ser um motor de combustão interna. O sensor de gotícula 102 pode ser configurado para detectar gotículas de água no fluido. O fluido pode ser fluido de hidrocarboneto, tal como um combustível ou óleo. Na modalidade ilustrada, o fluido é combustível 112. Exemplos não limitantes de combustível 112 incluem gasolina e diesel. O combustível 112 é armazenado e fornecido ao motor 120 pelo sistema de combustível 130. O sistema 100 pode ser usado em um veículo para aplicações na estrada ou fora da estrada, tais como transporte rodoviário ou mineração. Em tais aplicações, o computador 122 pode ser um computador de veículo, tal como um módulo de controle do motor (ECM) ou outro computador de bordo.
[041] Como ilustrado, o sistema de combustível 130 inclui o sensor de gotícula 102, o tanque de combustível 108, a bomba de combustível 110, a linha de combustível 114, o filtro de combustível 116 e o sistema de injeção 118. O tanque de combustível 108 está em comunicação fluida com a bomba de combustível 110, a linha de combustível 114 e o sistema de injeção 118. O combustível 112 é armazenado no tanque de combustível 108 e bombeado pela bomba de combustível 110 quando o sistema 100 está em operação queimando combustível 112 no motor
120. A bomba de combustível 110 é configurada para fornecer um fluxo de combustível 112, ou fluxo de combustível, para um ou mais injetores de combustível do sistema de injeção 118. A linha de combustível 114 é configurada para fornecer fluido ao sistema de injeção 118. O combustível 112 entra na linha de combustível 114 na bomba de combustível 110 e sai da linha de combustível 114 no sistema de injeção
118. O sistema de injeção 118 pode incluir um trilho de combustível pressurizado e um ou mais injetores de combustível. O sistema de injeção 118 é configurado para fornecer uma pulverização pressurizada de combustível 112 para um ou mais cilindros de combustão do motor 120.
[042] O filtro de combustível 116 é posicionado, ou disposto, ao longo da linha de combustível 114. O combustível 112 pode conter água. O filtro de combustível 116 é configurado para remover água do combustível 112. O filtro de combustível 116 pode ser um separador de água e combustível (FWS), por exemplo, como usado em alguns sistemas de motor diesel no veículo. Água no combustível 112 pode causar danos a vários componentes do sistema 100. Por exemplo, a água pode causar danos a um ou mais injetores do sistema de injeção 118. Em particular, as gotículas de água no combustível 112 podem causar danos a um ou mais injetores do sistema de injeção 118 quando vaporizadas no cilindro de combustão. Água dissolvida no combustível 112 não pode causar danos semelhantes.
[043] O sensor de gotícula 102 pode ser posicionado ou disposto ao longo da linha de combustível 114 para detectar água no combustível 112. O sensor de gotícula 102 pode ser configurado para ser mais sensível à detecção de gotículas de água no combustível 112 do que água dissolvida no combustível 112 para fornecer indicação confiável de dano potencial a quaisquer injetores do sistema de injeção 118.
[044] O sensor de gotícula 102 inclui um ou mais conjuntos de detecção 104. Cada conjunto de detecção 104 pode ser configurado para receber um fluxo de combustível 112 para medir gotículas de água. O combustível 112 da linha de combustível 114 pode fluir através de cada conjunto de detecção 104. O combustível 112 pode ser devolvido à linha de combustível 114 após a medição. O combustível 112 pode entrar em cada um com o uso do fluxo de combustível 112 através da linha de combustível 114 fornecido pela bomba de combustível 110. Em outras palavras, o combustível 112 pode entrar em alguns ou todos os conjuntos de detecção 104 passivamente.
[045] Em algumas modalidades, o sensor de gotícula 102 pode incluir uma ou mais bombas separadas (não mostradas), diferentes da bomba de combustível 110, para fornecer ativamente um fluxo de combustível 112 da linha de combustível 114 para alguns ou todos os conjuntos de detecção 104. As bombas separadas, ou bombas de amostragem, podem ser posicionadas a jusante de qualquer canal de detecção ou canal microfluídico de modo que a bomba não afete a medição de gotículas. Por exemplo, uma bomba pode ter o efeito de "cortar" algumas gotículas de água.
[046] Como usado no presente documento, o termo "a jusante" se refere a uma direção ao longo da linha de combustível 114 em direção à bomba de combustível
110. O termo "a montante" se refere ao oposto de a jusante, ou uma direção ao longo da linha de combustível 114 em direção ao sistema de injeção 118.
[047] Na modalidade ilustrada, a bomba de combustível 110 é posicionada a montante do filtro de combustível 116. Em outras modalidades (não mostradas), o filtro de combustível 116 é posicionado a montante da bomba de combustível 110. Em algumas modalidades (não mostradas), o sistema 100 inclui dois ou mais filtros de combustível 116. Por exemplo, um filtro de combustível 116 pode ser posicionado a montante e um filtro de combustível 116 pode ser posicionado a jusante da bomba de combustível 110. Cada filtro de combustível 116 pode ser igual ou diferente. Em algumas modalidades, a água pode ser removida do combustível no filtro de combustível a montante 116, no filtro de combustível a jusante 116 ou em ambos.
[048] Cada conjunto de detecção 104 pode incluir um canal microfluídico configurado para receber um fluxo de combustível 112 da linha de combustível 114. Cada canal microfluídico pode ser posicionado adjacente ou próximo a um fluxo principal de combustível 112 ao longo da linha de combustível 114. Em algumas modalidades, alguns ou todos os canais microfluídicos do conjunto de detecção 104 estão em comunicação fluida paralela com a linha de combustível 114. Em algumas modalidades, alguns ou todos os canais microfluídicos do conjunto de detecção 104 são dispostos no fluxo principal da linha de combustível 114, de modo que parte ou todo o fluxo principal seja direcionado através de um ou mais canais microfluídicos.
[049] Dependendo da aplicação, o sensor de gotícula 102 pode ser posicionado em um ou mais locais ao longo da linha de combustível 114, tal como a montante, a jusante ou no local do filtro de combustível 116. Em algumas modalidades (não mostradas), o sensor de gotícula 102 está localizado em uma linha de retorno de combustível (não mostrada) em comunicação fluida entre o sistema de injeção 118 e o tanque de combustível 108. Em algumas modalidades (não mostradas), o sensor de gotícula 102 pode ser construído em, ou integrado com, um ou mais injetores do sistema de injeção 118. Em outras palavras, o sensor de gotícula 102 pode ser integrado diretamente no injetor de combustível ou no sistema de injeção 118.
[050] Em uma modalidade, o sensor de gotícula 102 inclui um conjunto de detecção 104. O único conjunto de detecção 104 pode ser posicionado a jusante do filtro de combustível 116. Alternativamente, o conjunto de detecção 104 pode ser posicionado no filtro de combustível 116 ou a montante do filtro de combustível 116. Em algumas modalidades, o sensor de gotícula 102 inclui uma combinação de conjuntos de detecção 104 posicionados em um ou mais locais selecionados a montante do local do filtro de combustível 116, a jusante do mesmo ou no mesmo. Um ou mais conjuntos de detecção 104 podem ser posicionados no mesmo local ao longo da linha de combustível 114.
[051] O posicionamento do conjunto de detecção 104 a jusante do filtro de combustível 116 ou no mesmo pode ser usado para fornecer informações usadas para determinar a qualidade da separação de água e combustível pelo filtro de combustível 116, que podem ser usadas para indicar que o filtro de combustível 116 está operando corretamente ou pode precisar de manutenção ou substituição. O posicionamento do conjunto de detecção 104 a montante do filtro de combustível 116 ou no mesmo pode ser usado para fornecer informações usadas para determinar a qualidade do combustível 112 que está armazenado no tanque de combustível 108 ou é fornecido ao longo da linha de combustível 114, que podem ser usadas para indicar que o tanque de combustível 108 está operando corretamente ou pode precisar de manutenção ou substituição ou aquele combustível 112 fornecido para o tanque de combustível 108.
[052] À medida que o combustível 112 se aproxima do sistema de injeção 118, o combustível 112 pode atingir uma alta temperatura, por exemplo, devido à proximidade do sistema de injeção 118 ou motor 120. Em algumas modalidades, o conjunto de detecção 104 pode ser posicionado a montante do sistema de injeção 118 a uma distância suficiente para evitar que a alta temperatura de alguns sistemas de injeção impacte substancialmente o desempenho de certos sensores de gotícula 102.
[053] O sensor de gotícula 102 pode incluir um controlador de sensor 106. O controlador de sensor 106 pode ser conectado, ou acoplado, operacionalmente a um ou mais conjuntos de detecção 104. Cada conjunto de detecção 104 pode fazer medições e fornecer informações que caracterizam as gotículas de água detectadas no combustível 112 para o controlador de sensor 106. As informações podem ser fornecidas na forma de um sinal, tal como um sinal elétrico. Exemplos de sinais elétricos incluem um sinal de corrente, sinal de tensão e sinal de potência. As informações dos conjuntos de detecção 104 podem ser usadas pelo controlador de sensor 106 para determinar várias características correspondentes às gotículas de água no combustível 112, tais como tamanho de gotícula, taxa de gotícula ou a quantidade de água no combustível 112 (por exemplo, uma concentração).
[054] O controlador de sensor 106 pode ser conectado operacionalmente ao computador 122. O computador 122 pode ser usado para controlar vários aspectos do sistema de combustível 130, tais como taxa de fluxo de combustível 112 ou tempo de injeção para o sistema de injeção 118. O controlador de sensor 106 e o computador 122 são parte de um sistema de controle do sistema 100 e podem ser componentes separados. Em algumas modalidades, a funcionalidade do controlador de sensor 106 e do computador 122 podem ser integradas em um único componente, tal como um único controlador ou computador.
[055] O sensor de gotícula 102 pode ser configurado para detectar um tamanho predeterminado de gotícula de líquido ou tamanho de gotícula. Como usado no presente documento, "tamanho de gotícula" pode ser descrito de forma intercambiada com o uso de um volume ou com o uso de um diâmetro esférico correspondente ao volume de uma gotícula de líquido quando em formato de uma esfera. Em outras palavras, o volume de uma gotícula de líquido de qualquer formato pode ser descrito por um diâmetro esférico da mesma gotícula quando reconformada em uma esfera. Dessa forma, o tamanho da gotícula pode ser descrito como um volume correspondente a um diâmetro esférico especificado.
[056] Em algumas modalidades, o sensor de gotícula 102 é configurado para detectar ou caracterizar um tamanho de gotícula maior ou igual a 5, 10, 15, 50, 100, 150, 250, 300 ou 1.000 micrômetros. Em algumas modalidades, o sensor de gotícula 102 é configurado para detectar ou caracterizar um tamanho de gotícula menor ou igual a 5.000, 1.000, 300, 250, 150 ou 100 micrômetros. Em algumas modalidades, o sensor de gotícula 102 é configurado para detectar ou caracterizar um tamanho de gotícula em uma faixa de 5 a 5.000 micrômetros. Em uma ou mais modalidades, o sensor de gotícula 102 é configurado para detectar ou caracterizar um tamanho de gotícula em uma faixa de 10 a 300 micrômetros.
[057] Em aplicações de sistema de combustível, tamanhos de gotícula menores que 10 micrômetros não podem ser considerados gotículas de líquido que impactam negativamente a operação do sistema de injeção 118 do sistema 100. Em particular, tais tamanhos de gotículas de água podem ser considerados instáveis abaixo de 10 micrômetros e podem não contribuir substancialmente para danificar os injetores de combustível. Além disso, a água no combustível que passa através das bombas de combustível típicas 110 tende a formar gotículas de pelo menos cerca de 10 micrômetros.
[058] Em geral, um ou mais dos componentes, tais como controladores, sensores, detectores ou computadores, descritos no presente documento podem incluir um processador, tal como uma unidade de processamento central (CPU), computador, matriz lógica ou outro dispositivo capaz de direcionar dados que chegam ou saem do sensor. O controlador pode incluir um ou mais dispositivos de computação que têm hardware de memória (que pode incluir unidades de armazenamento), processamento e comunicação. O controlador pode incluir conjunto de circuitos usados para acoplar vários componentes do controlador em conjunto ou com outros componentes operacionalmente acoplados ao controlador. As funções do controlador podem ser realizadas por hardware e/ou como instruções de computador em um meio de armazenamento legível por computador não transitório.
[059] O processador do controlador pode incluir qualquer um ou mais dentre um microprocessador, um microcontrolador, um processador de sinal digital (DSP), um circuito integrado de aplicação específica (ASIC), uma matriz de porta programável em campo (FPGA) e/ou conjunto de circuitos lógicos distintos ou integrados equivalente. Em alguns exemplos, o processador pode incluir vários componentes, como qualquer combinação de um ou mais microprocessadores, um ou mais controladores, um ou mais DSPs, um ou mais ASICs e/ou uma ou mais FPGAs, bem como outro conjunto de circuitos lógicos distintos ou integrados. As funções atribuídas ao controlador ou processador no presente documento podem ser incorporadas como software, firmware, hardware ou qualquer combinação dos mesmos. Embora descrito no presente documento como um sistema com base em processador, um controlador alternativo pode utilizar outros componentes como relés e temporizadores para alcançar os resultados desejados, seja sozinho ou em combinação com um sistema baseado em microprocessador.
[060] Em uma ou mais modalidades, os sistemas, métodos e interfaces exemplificativos podem ser implantados com o uso de um ou mais programas de computador com o uso de um aparelho de computação, que pode incluir um ou mais processadores e/ou memória. O código e/ou a lógica do programa descritos no presente documento podem ser aplicados aos dados/informações de entrada para executar a funcionalidade descrita no presente documento e gerar dados/informações de saída desejados. Os dados/informações de saída podem ser aplicados como uma entrada para um ou mais dispositivos e/ou métodos adicionais, conforme descrito no presente documento, ou como seria aplicado de uma maneira conhecida. Em vista do exposto acima, será prontamente evidente que a funcionalidade do controlador, conforme descrito no presente documento, pode ser implantada de qualquer maneira conhecida por um versado na técnica.
[061] A Figura 2 mostra vários componentes do sensor de gotícula 102 que incluem um conjunto de detecção 104 e um controlador de sensor 106 que podem ser usados com o sistema 100 da Figura 1 Na modalidade ilustrada, o conjunto de detecção 104 inclui um canal microfluídico 200, uma fonte de luz 202, uma abertura de luz 204 e um detector de luz 206. O controlador de sensor 106 é conectado operacionalmente ao detector de luz 206 e também pode ser conectado operacionalmente à fonte de luz 202.
[062] O canal microfluídico 200 é configurado para receber um fluxo de fluido
208. O canal microfluídico 200 pode incluir uma entrada para receber o fluxo de fluido 208 e uma saída para descarregar o fluxo de fluido 208. O sensor de gotícula 102 pode ser configurado para detectar e caracterizar gotículas de líquido 210 no fluxo de fluido 208 também pode fluir através do canal microfluídico 200 em direção à saída ou mesmo na direção inversa em direção à entrada.
[063] As gotículas líquidas 210 podem estar dispersas no fluido 208 no canal microfluídico 200. Por exemplo, as gotículas de líquido 210 podem estar suspensas no fluido 208 em uma fase separada. Em outras palavras, as gotículas de líquido 210 não estão dissolvidas no fluido 208.
[064] Em geral, o canal microfluídico 200 é dimensionado para receber uma ou mais gotículas de líquido 210 de cada vez. Em algumas modalidades, o canal microfluídico 200 tem uma área de corte transversal dimensionada para receber uma gotícula de líquido 210 de um tamanho predeterminado por vez. Em particular, a área de corte transversal do canal microfluídico 200 pode ser aproximadamente do mesmo tamanho que uma área de corte transversal da gotícula de líquido 210, o que pode facilitar a contagem de uma gotícula de líquido 210 por vez para facilitar a contagem e dimensionamento precisos da gotícula de líquido 210.
[065] A área da corte transversal pode ser definida ortogonal à direção do fluxo de fluido 208. Em outras palavras, a área de corte transversal pode ser descrita como transversal a um fluxo longitudinal de fluido 208. Em algumas modalidades, o canal microfluídico 200 tem uma área de corte transversal menor ou igual a 1, 0,5, 0,2, 0,1, 0,05, 0,04, 0,03 ou 0,02 mm2. Em algumas modalidades, o canal microfluídico 200 tem uma área de corte transversal maior ou igual a 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,1, 0,2 ou 0,5 mm2. Por exemplo, a área de corte transversal de um canal microfluídico de 150 x 150 micrômetros 200 seria de 0,0225 mm2.
[066] A área de corte transversal pode ser definida como a profundidade do canal multiplicada pela largura do canal. Tanto a profundidade do canal quanto a largura do canal podem ser ortogonais à direção do fluxo de fluido 208. Em algumas modalidades, a profundidade do canal é menor ou igual à largura do canal. O uso de uma profundidade de canal rasa pode evitar que as gotículas de líquido 210 se empilhem, ou se escondam umas atrás das outras, à medida que as gotículas de líquido fluem através do canal microfluídico 200.
[067] Em algumas modalidades, a largura do canal é menor ou igual a 5.000,
2.000, 1.000, 500, 300, 250, 200, 150 ou 100 micrômetros. Em algumas modalidades, a largura do canal é maior ou igual a 50, 100, 150, 200, 250, 300, 500, 1.000 ou 2.500 micrômetros. Em uma ou mais modalidades, a largura do canal é de 150 micrômetros. Em uma ou mais modalidades, a largura do canal é de 250 micrômetros.
[068] Em algumas modalidades, a profundidade do canal é menor ou igual a 750, 500, 300, 250, 200, 150, 120 ou 100 micrômetros. Em algumas modalidades, a profundidade do canal é maior ou igual a 50, 100, 120, 150, 200, 250, 300 ou 500 micrômetros. Em uma ou mais modalidades, a profundidade do canal é menor ou igual a 150 micrômetros. Em uma ou mais modalidades, a profundidade do canal é menor ou igual a 250 micrômetros.
[069] Na modalidade ilustrada, a fonte de luz 202 é posicionada fora do canal microfluídico 200. A abertura de luz 204 é posicionada entre a fonte de luz 202 e o detector de luz 206. Em algumas modalidades, a abertura de luz 204 é posicionada antes do canal microfluídico 200, por exemplo, entre a fonte de luz 202 e o canal microfluídico 200. Em algumas modalidades, a abertura de luz 204 é posicionada após o canal microfluídico 200, por exemplo, entre o canal microfluídico 200 e o detector de luz 206.
[070] A fonte de luz 202 é configurada para direcionar a luz 212 através da abertura de luz 204 para formar o feixe de luz 214. O feixe de luz 214 é direcionado para passar através do canal microfluídico 200. O feixe de luz 214 pode ser colimado ou substancialmente colimado pela abertura de luz 204, pelo menos para o comprimento do percurso do feixe de luz 214 através do canal microfluídico 200. O feixe de luz 214 pode definir um eixo geométrico de feixe que se estende através do canal microfluídico 200. As paredes do canal microfluídico 200 podem ser formadas de um material transparente à luz, pelo menos à luz 212 fornecida pela fonte de luz
202. O percurso do feixe de luz 214 que se cruza com o canal microfluídico 200 define a área de detecção 216, que também pode ser descrita como um volume de detecção, no qual gotículas de líquido 210 podem ser detectadas. Após o feixe de luz 214 passar através do canal microfluídico 200, o feixe de luz 214 é recebido pelo detector de luz 206, que é posicionado fora do canal microfluídico 200 na modalidade ilustrada. Quando a gotícula de líquido 210 e o fluido 208 estiverem na área de detecção 216, o detector de luz 206 pode ser usado para determinar uma absorbância do feixe de luz 214 pela gotícula de líquido 210 e fluido 208 para detectar, dimensionar ou de outra forma caracterizar a gotícula de líquido 210.
[071] Como usado no presente documento, o termo "comprimento do percurso" se refere à distância que a luz da fonte de luz 202 se desloca no fluido a ser medido. Em algumas modalidades, o comprimento do percurso pode ser igual a uma largura ou profundidade do canal microfluídico 200. O comprimento do percurso pode ser pequeno para melhorar a sensibilidade às gotículas de líquido 210. Em algumas modalidades, o comprimento do percurso é menor ou igual a 2.000, 1.000, 500, 300, 250, 200, 150 ou 100 micrômetros. Em uma ou mais modalidades, o comprimento do percurso é menor ou igual a 1.000 micrômetros.
[072] A fonte de luz 202 é configurada para gerar luz em uma banda de frequência selecionada de modo que a gotícula de líquido 210 tenha uma absorbância diferente do fluido 208 na banda de frequência selecionada. Em uma ou mais modalidades, a gotícula de líquido 210 tem uma absorbância superior ao fluido 208 quando o líquido é água e o fluido 208 é um fluido de hidrocarboneto. Em aplicações de sistema de combustível, por exemplo, a fonte de luz 202 pode gerar luz 212 pelo menos na banda de frequência NIR. Em algumas modalidades, a luz NIR 212 pode incluir um pico de emissão ou, pelo menos, incluir frequências em uma faixa de 1.400 a 1.600 nanômetros. Em particular, a luz NIR 212 pode incluir um pico de emissão centrado em 1.550 nanômetros ou próximo a isso. Em algumas modalidades, a luz NIR 212 pode incluir um pico de emissão ou, pelo menos, incluir frequências em uma faixa de pelo menos 900 a 1.100 nanômetros. Em particular, a luz NIR 212 pode incluir um pico de emissão centrado em 1.000 nanômetros ou próximo a isso.
[073] A fonte de luz 202 pode incluir qualquer tipo adequado de fonte de luz capaz de fornecer luz 212 em uma banda de frequência selecionada. Em algumas modalidades, a fonte de luz 202 é um diodo emissor de luz (LED). A fonte de luz de LED 202 pode ser um LED de baixa potência. Em algumas modalidades, a fonte de luz de LED emite de forma omnidirecional ou em todas as direções a partir da junção emissora de luz. Em algumas modalidades, a fonte de luz de LED emite principalmente em uma direção. Em algumas modalidades, a fonte de luz 202 pode ser emparelhada com ou incluir um cabo de fibra óptica que direciona a luz para o canal microfluídico 200. A abertura de luz 204 pode ser usada para permitir um feixe de luz estreito 214 através do canal microfluídico 200, o que pode facilitar a eliminação de ruído ou sinais falsos, por exemplo, devido à dispersão e refletância.
[074] A abertura de luz 204 inclui uma abertura em um elemento de abertura
218. Como usado no presente documento, "abertura" se refere ao buraco, ou vazio, dentro do elemento de abertura. A abertura de luz 204 tem uma largura que é dimensionada em relação ao canal microfluídico 200 e ao detector de luz 206 para facilitar a sensibilidade ideal para detectar gotículas de líquido 210 no fluido 208. Em algumas modalidades, a largura da abertura de luz 204 é a mesma ou substancialmente a mesma que a largura do canal do canal microfluídico 200.
[075] Adicional ou alternativamente, a abertura de luz 204 pode ser dimensionada em relação a um tamanho de gotícula predeterminado de interesse. Por exemplo, em algumas modalidades, a largura da abertura de luz 204 pode ser projetada para ser menor ou igual a 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 vezes o tamanho da gotícula de interesse. Em algumas modalidades, a largura da abertura de luz 204 pode ser projetada para ser maior ou igual a 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9 vezes o tamanho da gotícula de interesse.
[076] A abertura de luz 204 pode ter qualquer formato geométrico adequado. Em algumas modalidades, a abertura de luz 204 tem um formato redondo ou circular, tal como um círculo ou oval. Em algumas modalidades, a abertura de luz 204 tem um formato poligonal, como um triângulo, quadrado, trapézio ou retângulo. A abertura de luz 204 pode ter um comprimento que pode se estender ao longo da mesma direção que o fluxo de fluido 208. Em uma ou mais modalidades, o comprimento da abertura de luz 204 pode ser o mesmo ou substancialmente o mesmo que a largura da abertura de luz 204.
[077] Em algumas modalidades, a abertura de luz 204 tem uma largura menor ou igual a 5.000, 2.000, 1.000, 500, 300, 250, 200, 150 ou 100 micrômetros. Em algumas modalidades, a largura da abertura de luz 204 é maior ou igual a 50, 100, 150, 200, 250, 300, 500, 1.000 ou 2.500 micrômetros. Em uma ou mais modalidades, a largura da abertura de luz 204 é de 150 micrômetros. Em uma ou mais modalidades, a largura da abertura de luz 204 é de 250 micrômetros.
[078] O detector de luz 206 pode ser qualquer tipo adequado de fotodetector sensível à banda de frequência selecionada, que pode ser uma banda de frequência NIR. O detector de luz 206 também é configurado para fornecer um sinal que representa uma quantidade de luz do feixe de luz 214 remanescente após passar através do canal microfluídico 200. Em particular, o detector de luz 206 pode ser configurado para gerar um sinal elétrico, tal como um sinal de corrente, tensão ou potência, em resposta ao recebimento de luz na banda de frequência selecionada. Exemplos não limitantes de tipos de fotodetectores incluem fotodiodos de índio-gálio-
arseneto (InGaAs) ou germânio (Ge). Por exemplo, um fotodiodo InGaAs pode ser sensível à luz 212 em uma banda de frequência de 1.100 a 1.700 nanômetros. Um fotodiodo Ge pode ter um pico de sensibilidade em 1.550 nanômetros.
[079] O controlador de sensor 106 é configurado para detectar, dimensionar ou de outra forma caracterizar uma ou mais gotículas de líquido 210 dispersas no fluxo de fluido 208 com base no sinal do detector de luz 206. Em algumas modalidades, o controlador de sensor 106 pode ser configurado para detectar uma gotícula de líquido 210 em um momento dispersa no fluxo de fluido 208, particularmente gotículas de líquido 210 de um tamanho predeterminado. O sinal pode ser usado para determinar uma quantidade de líquido (por exemplo, água) por unidade de volume de fluido 208 (por exemplo, fluido de hidrocarboneto) excluindo o líquido dissolvido no fluido 208.
[080] Em algumas modalidades, o controlador de sensor 106 é configurado para determinar uma taxa de gotícula através da área de detecção 216. Por exemplo, uma mudança na absorbância detectada com base no sinal do detector de luz 206 pode indicar que a gotícula de líquido 210 está entrando ou saindo da área de detecção 216. Alternativa ou adicionalmente, o controlador de sensor 106 pode ser configurado para determinar um tamanho de gotícula. Em algumas modalidades, o controlador de sensor 106 pode determinar uma taxa de gotícula ou um tamanho de gotícula com base em pelo menos um dentre: uma magnitude de um pulso contido dentro do sinal, uma largura de um pulso contido dentro do sinal, um primeiro nível limite de sinal para detectar uma gotícula de tamanho mínimo na área de detecção, um segundo nível limite de sinal para detectar uma gotícula que preenche a área de detecção e uma taxa de cruzamento de nível limite de sinal, que são descritos no presente documento em mais detalhes em relação às Figuras 3 a 5. O controlador de sensor 106 pode determinar uma quantidade de líquido 210 na forma de gotícula por unidade de volume de fluido 208, tal como uma concentração de gotícula, com base na taxa de gotícula, tamanho de gotícula ou ambos. Em algumas aplicações, tais como aplicações sem motor, quando uma taxa de gotícula é regular ou substancialmente regular, a taxa de gotícula pode ser usada para estimar ou determinar um tamanho ou concentração de gotícula.
[081] Em aplicações de sistemas de combustível, o controlador de sensor 106 pode ser configurado para fornecer um sinal de manutenção em resposta à detecção de água no combustível. Por exemplo, um sinal de manutenção pode ser fornecido sob certas condições, tais como ao detectar uma gotícula acima de um tamanho limite, detectar um número de gotículas acima de um tamanho limite, detectar um número limite de gotículas, determinar um volume limite de água com base em gotículas detectadas, detectar uma taxa (ou frequência) limite de gotículas ou detectar uma concentração limite de água no combustível. Essas condições também podem ser usadas para outras gotículas de líquido no fluido.
[082] As Figuras 3A a 5D mostram vários tamanhos de gotículas de líquido 303, 304, 305 que podem ser detectadas com o uso de um único canal microfluídico no conjunto de detecção 104 da Figura 2 Em particular, as Figuras 3A a 3D são várias ilustrações que mostram quando a gotícula de líquido 303 com um tamanho de gotícula grande (por exemplo, um formato de tampão) maior do que a largura do canal 310 do canal microfluídico 312 flui através da área de detecção 314. As Figuras 4A a 4D são várias ilustrações que mostram quando a gotícula de líquido 304 com um tamanho de gotícula médio (por exemplo, uma forma esférica) igual à largura do canal 310 flui através da área de detecção 314. As Figuras 5A a 5D são várias ilustrações que mostram quando a gotícula de líquido 305 com um tamanho de gotícula pequeno (por exemplo, uma pequena forma esférica) menor do que a largura do canal 310 flui através da área de detecção 314.
[083] Nas modalidades ilustradas, a profundidade do canal 316 da área de corte transversal 318 do canal microfluídico 312 é igual à largura do canal 310. Em outras palavras, o canal microfluídico 312 tem uma área de corte transversal em forma quadrada 318. Além disso, nas modalidades ilustradas, a área de detecção 314 tem a forma de um cilindro, que pode ser fornecido por uma abertura de luz na forma de um círculo. Como descrito no presente documento, várias características de gotículas de líquido 303, 304, 305 podem ser determinadas com base nos sinais 323, 324, 325 detectados, por exemplo, em resposta a várias gotículas de líquido 303, 304, 305.
[084] Como usado no presente documento, uma "forma de tampão" pode ser usada para descrever uma gotícula de líquido que foi espremida em um canal microfluídico e pode ter uma forma semelhante a duas tampas esféricas conectadas por um cilindro.
[085] A Figura 3A mostra um instantâneo de uma gotícula de líquido grande 303 que flui através do canal microfluídico 312 quando um centro da gotícula de líquido 303 está alinhado com um centro de área de detecção 314 do canal microfluídico 312. A Figura 3B mostra a área em corte transversal 318 do canal microfluídico 312 no centro da área de detecção 314 quando a gotícula de líquido 303 está posicionada como mostrado na Figura 3A. Como pode ser visto, quando a gotícula de líquido 303 é restringida no canal microfluídico 312, a largura 333 da gotícula de líquido 303 é a mesma que a largura do canal 310 e a profundidade do canal 316. Quando a gotícula de líquido 303 não é restringida pelo canal microfluídico 312, a gotícula de líquido 303 pode ter um formato esférico. Para comparação, a Figura 3C mostra uma vista de cima para baixo da gotícula de líquido 303 como visível na área de detecção 314, também, quando a gotícula de líquido 303 está posicionada como mostrado na Figura 3A. Como pode ser visto, a gotícula de líquido 303 preenche a área de detecção 314 à medida que a gotícula de líquido 303 flui através da área de detecção 314.
[086] A Figura 3D mostra o gráfico 343 de um exemplo de um sinal do detector de luz 206 (Figura 2). O gráfico 343 do sinal 323 mostra a tensão elétrica 𝑉 em função do tempo 𝑡. O sinal 323 pode ser inversamente relacionado à absorbância de líquido na área de detecção 314. Em outras palavras, à medida que o líquido absorvente de luz entra na área de detecção 314, o sinal 323 pode cair e, à medida que o líquido absorvedor de luz deixa a área de detecção 314, o sinal 323 pode subir. Em outras modalidades, o sinal 323 pode estar diretamente relacionado (por exemplo, o oposto a inversamente relacionado) à absorbância de líquido na área de detecção 314, por exemplo, dependendo do tipo particular de detector de luz usado.
[087] Vários limites podem ser usados para caracterizar a gotícula de líquido
303. Na modalidade ilustrada, antes da gotícula de líquido 303 entrar na área de detecção 314, o sinal 323 excede o primeiro limite 350. À medida que a gotícula de líquido absorvente de luz 303 começa a preencher a área de detecção 314, o sinal 323 cai. Após a gotícula de líquido 303 preencher completamente a área de detecção 314, o sinal 323 cai abaixo do segundo limite 352. À medida que a gotícula de líquido 303 começa a deixar a área de detecção 314, o sinal 323 sobe e excede o segundo limite 352. Após a gotícula de líquido 303 deixar completamente a área de detecção 314, o sinal 323 pode mais uma vez exceder o primeiro limite 350.
[088] A Figura 4A mostra um instantâneo de uma gotícula de líquido média 304 que flui através do canal microfluídico 312 quando um centro da gotícula de líquido 304 está alinhado com um centro de área de detecção 314 do canal microfluídico 312. A Figura 4B mostra a área em corte transversal 318 do canal microfluídico 312 no centro da área de detecção 314 quando a gotícula de líquido 304 está posicionada como mostrado na Figura 4A. Como pode ser visto, quando a gotícula de líquido 304 está no canal microfluídico 312, a largura 334 da gotícula de líquido 304 é a mesma que a largura do canal 310 e a profundidade do canal 316. Para comparação, a Figura 4C mostra uma vista de cima para baixo da gotícula de líquido 304 como visível na área de detecção 314, também, quando a gotícula de líquido 304 está posicionada como mostrado na Figura 4A. Como pode ser visto, a gotícula de líquido 304 preenche a área de detecção 314 à medida que a gotícula de líquido 304 flui através da área de detecção 314. Em outras palavras, tanto o tamanho de gotícula grande da gotícula de líquido 303 (Figura 3A) quanto o tamanho de gotícula médio da gotícula de líquido 304 (Figura 4A) preenchem inteiramente a área de detecção 314.
[089] A Figura 4D mostra o gráfico 344 do sinal 324 do detector de luz 206 (Figura 2). Como na Figura 3D, o gráfico 344 do sinal 324 mostra a tensão elétrica 𝑉 em função do tempo 𝑡. Os mesmos limites 350, 352 mostrados na Figura 3D são mostrados aqui. Na modalidade ilustrada, antes da gotícula de líquido 304 entrar na área de detecção 314, o sinal 324 excede o primeiro limite 350. À medida que a gotícula de líquido absorvente de luz 304 começa a preencher a área de detecção 314, o sinal 324 cai. Como na Figura 3D, após a gotícula de líquido 304 preencher completamente a área de detecção 314, o sinal 324 cai abaixo do segundo limite 352. À medida que a gotícula de líquido 304 começa a deixar a área de detecção 314, o sinal 324 sobe e excede o segundo limite 352. Após a gotícula de líquido 304 deixar completamente a área de detecção 314, o sinal 324 pode mais uma vez exceder o primeiro limite 350. Em contraste com a Figura 3D, a duração entre o sinal 324 cair abaixo do segundo limite 352 e subsequentemente exceder o segundo limite 352 é substancialmente menor. Como pode ser visto na Figura 3D, a duração entre cruzamentos do segundo limite 352 parece uma linha plana ou substancialmente plana, enquanto que o sinal 324 da Figura 4D parece um "V" ou vale agudo. Além disso, a duração entre o sinal 324 que cruza o primeiro limite 350 é mais curta em comparação com o sinal 323 da Figura 3D.
[090] A Figura 5A mostra um instantâneo de uma gotícula de líquido pequena 305 que flui através do canal microfluídico 312 quando um centro da gotícula de líquido 305 está alinhado com um centro de área de detecção 314 do canal microfluídico 312. A Figura 5B mostra a área em corte transversal 318 do canal microfluídico 312 no centro da área de detecção 314 quando a gotícula de líquido 305 está posicionada como mostrado na Figura 5A. Como pode ser visto, quando a gotícula de líquido 305 está no canal microfluídico 312, a largura 335 da gotícula de líquido 305 é menor do que a largura do canal 310 e a profundidade do canal 316. Para comparação, a Figura 5C mostra uma vista de cima para baixo da gotícula de líquido 305 como visível na área de detecção 314, também, quando a gotícula de líquido 305 está posicionada como mostrado na Figura 5A. Como pode ser visto, a gotícula de líquido 305 não preenche a área de detecção 314 à medida que a gotícula de líquido 305 flui através da área de detecção 314 em contraste com o tamanho de gotícula grande da gotícula de líquido 303 (Figura 3A) e o tamanho de gotícula médio da gotícula de líquido 304 (Figura. 4A).
[091] A Figura 5D mostra o gráfico 345 do sinal 325 do detector de luz 206 (Figura 2). Como as Figuras 3D e 4D, o gráfico 345 do sinal 325 mostra a tensão elétrica 𝑉 em função do tempo 𝑡. Os mesmos limites 350, 352 mostrados nas Figuras 3D e 4D são mostrados aqui. Na modalidade ilustrada, antes da gotícula de líquido 305 entrar na área de detecção 314, o sinal 325 excede o primeiro limite 350. À medida que a gotícula de líquido absorvente de luz 305 começa a preencher a área de detecção 314, o sinal 325 cai. Em contraste com as Figuras 3D e 4D, após a gotícula de líquido 305 entrar completamente na área de detecção 314, o sinal 325 não cai abaixo do segundo limite 352. À medida que a gotícula de líquido 305 começa a deixar a área de detecção 314, o sinal 325 sobe. Após a gotícula de líquido 305 deixar completamente a área de detecção 314, o sinal 325 pode mais uma vez exceder o primeiro limite 350. Em contraste com as Figuras 3D e 4D, o sinal 325 não cruza o segundo limite 352. Além disso, a duração entre o sinal 325 que cruza o primeiro limite 350 é mais curta em comparação com o sinal 323 da Figura 3D e o sinal 324 da Figura 4D. O sinal 325 parece uma linha plana ou substancialmente plana quando abaixo do primeiro limite 350, semelhante à Figura 3D, mas diferente da Figura 4D. A linha plana pode ser atribuída ao comprimento da gotícula de líquido 305 ser mais curto do que o comprimento da área de detecção 314, de modo que toda a gotícula de líquido 305 está na área de detecção 314 por um período mais longo do que mostrado na Figura
4D.
[092] Com referência aos vários padrões observados nos sinais 323, 324, 325, várias gotículas de líquido 303, 304, 305 podem ser identificadas e caracterizadas. Uma taxa de gotícula ou tamanho de gotícula pode ser determinado com base em uma magnitude de um pulso contido dentro do sinal do detector de luz 206 (Figura 2). Como usado no presente documento, o termo "pulso" se refere a um momento em que o sinal cai abaixo do primeiro limite 350. Uma queda de magnitude maior do pulso pode indicar um tamanho de gotícula maior ou uma taxa de gotícula mais lenta. Além disso, qualitativamente, se o sinal cruzar o primeiro limite 350 duas vezes, mas não cruzar o segundo limite 352 no intervalo, então o tamanho da gotícula pode ser determinado como menor do que a largura do canal 310. Vice-versa, se o sinal cruzar o segundo limite 352 entre os primeiros cruzamentos de limite 350, então o tamanho da gotícula pode ser determinado qualitativamente como pelo menos o tamanho da largura do canal 310.
[093] Em algumas modalidades, um tamanho de gotícula pode ser determinado com base na magnitude do pulso contido dentro do sinal quando o nível do sinal não cruza o segundo limite. Quando o sinal não cruza o segundo limite, o tamanho da gotícula pode ser determinado como menor do que a largura do canal
310. Nesses casos, o tamanho da gotícula pode ser determinado com base na queda de magnitude do sinal durante o pulso. Em geral, quanto maior a queda de magnitude, maior o tamanho da gotícula.
[094] Adicional ou alternativamente, uma taxa de gotícula ou tamanho de gotícula pode ser determinado com base em uma largura de um pulso contido dentro do sinal do detector de luz 206. Uma largura maior do pulso, entre os primeiros cruzamentos de limite 350, entre os segundos cruzamentos de limite 352, ou ambos, pode indicar um tamanho de gotícula maior ou taxa de gotícula mais lenta.
[095] Em algumas modalidades, um tamanho de gotícula pode ser determinado com base na largura do pulso contido no sinal quando o nível do sinal cruza o segundo limite. Quando o sinal cruza o segundo limite, o tamanho de gotícula pode ser determinado como pelo menos o tamanho da largura do canal 310. Nesses casos, o tamanho da gotícula pode ser determinado com base no tempo entre os cruzamentos do sinal com um ou ambos os limites 350, 352, que pode ser usado para indicar a largura do pulso. Em geral, quanto maior a largura, maior o tamanho da gotícula.
[096] O primeiro e o segundo limites 350, 352 podem ser determinados empiricamente e armazenados pelo controlador de sensor 106 (Figura 2) para uma aplicação particular. Um primeiro limite 350 pode ser definido para detectar uma gotícula de líquido de tamanho mínimo na área de detecção 314. Em geral, o primeiro limite inferior 350 é definido, quanto maior o tamanho mínimo de detecção de gotículas de líquido. Um segundo limite 352 pode ser definido para detectar uma gotícula de líquido que preenche a área de detecção 314, tal como a gotícula de líquido 303 (Figura 3A) ou a gotícula de líquido 304 (Figura 4A), que pode ter um tamanho de gotícula maior ou igual à largura do canal 310. Uma taxa de gotícula ou tamanho de gotícula pode ser determinado com base no fato de o sinal cruzar o primeiro limite, o segundo limite ou ambos.
[097] Uma taxa de gotícula ou tamanho de gotícula pode ser determinado com base em uma taxa de cruzamento de nível de sinal de limite, ou quão rapidamente o sinal cruza o primeiro limite 350, o segundo limite 352 ou ambos. Por exemplo, o cruzamento do sinal de cima para baixo do primeiro limite 350 ou do segundo limite 352 pode ser medido, ou vice-versa. Em algumas modalidades, o cruzamento do sinal através de um limite 350, 352 pode ser usado. Por exemplo, se o sinal cair abaixo do primeiro limite 350, da próxima vez que o sinal cair abaixo do primeiro limite 350, o sinal deve ter subido acima do primeiro limite 350. Portanto, uma taxa de gotícula pode ser determinada com o uso de apenas um tipo de cruzamento de limite.
[098] Em algumas modalidades da presente revelação, mais do que um canal microfluídico pode ser usado em um sensor de gotícula. Por exemplo, pelo menos outro canal microfluídico pode ser incluído em cada conjunto de detecção. O controlador de sensor conectado operacionalmente ao detector de luz 206 (Figura 2) pode ser configurado adicionalmente para detectar uma ou mais gotículas de líquido dispersas em um fluxo de fluido através de outro canal microfluídico com base no sinal do detector de luz. O controlador de sensor pode ser configurado para distinguir entre gotículas de líquido que fluem através de cada um dos canais microfluídicos.
[099] As Figuras 6 e 7 mostram modalidades adicionais de conjuntos de detecção 450, 452, que podem ser usados com o sistema 100 da Figura 1. Nas modalidades ilustradas, cada conjunto de detecção 450, 452 inclui uma pluralidade de canais microfluídicos 400. Cada canal microfluídico 400 pode compartilhar uma entrada 420 e pode compartilhar uma saída 422. As conexões de fluido entre os canais microfluídicos 400, a entrada 420 e a saída 422 são mostradas esquematicamente com linhas tracejadas. Em algumas modalidades (não mostradas), os canais microfluídicos 400 podem estar em comunicação fluida com entradas diferentes 420 e podem estar em comunicação fluida com saídas diferentes 422. A entrada 420 e a saída 422 podem estar em comunicação fluida com um fluxo de fluido principal, por exemplo, na linha de combustível 114 do sistema 100. Como ilustrado, os canais microfluídicos 400 estão em comunicação fluida em paralelo com a linha de combustível 114. Cada conjunto de detecção 450, 452 inclui um detector de luz 404 e uma fonte de luz oposta (não mostrada). Os canais microfluídicos 400 podem compartilhar um detector de luz 404 e uma fonte de luz.
[0100] Cada canal microfluídico 400 pode ter área de corte transversal igual ou diferente. Em algumas modalidades, as áreas de corte transversal de cada canal microfluídico 400 podem ser de tamanhos diferentes para detectar tamanhos de gotículas diferentes. Uma pluralidade de canais microfluídicos 400 pode ser usada em várias aplicações para permitir que mais fluido seja amostrado na mesma queda de pressão em comparação com o uso de um único canal microfluídico e permite uma taxa de fluxo maior de fluido através do conjunto de detecção ou reduzir a queda de pressão para a mesma quantidade de fluido amostrado. Por exemplo, uma pluralidade de canais microfluídicos 400 pode ser usada em linha com um fluxo principal de fluido através da linha de combustível 114.
[0101] O conjunto de detecção 450 pode incluir uma pluralidade de aberturas de luz 402. Cada abertura de luz 402 corresponde a um canal microfluídico 400. As aberturas de luz 402 podem ser usadas para definir múltiplos feixes de luz, que por sua vez definem uma área de detecção por canal microfluídico 400. À medida que as gotículas de líquido fluem através de cada canal microfluídico 400, o detector de luz 404 detectará níveis diferentes de absorção correspondentes às gotículas líquidas que fluem através dos canais microfluídicos 400. As aberturas de luz 402 podem ter larguras iguais ou diferentes, o que pode facilitar a sensibilidade aos diferentes tamanhos de gotículas. Cada abertura de luz 402 pode ter qualquer forma adequada, como uma forma circular.
[0102] O conjunto de detecção 452 pode incluir uma única abertura de luz 412. A abertura de luz única 412 corresponde à pluralidade de canais microfluídicos 400. Em outras palavras, a pluralidade de canais microfluídicos 400 compartilha uma abertura de luz 412. A abertura de luz 412 pode ter qualquer formato adequado, tal como um formato retangular. Em algumas modalidades (não mostradas), a abertura de luz 412 pode ter larguras diferentes ao longo de cada canal microfluídico 400.
[0103] Em algumas modalidades (não mostradas), mais do que um detector de luz 404 pode ser usado. Por exemplo, cada canal microfluídico 400 pode ter um detector de luz correspondente. Cada detector de luz pode ser conectado operacionalmente ao mesmo controlador de sensor ou a um diferente.
[0104] A Figura 8 mostra um layout de controlador de sensor 106 que pode ser usado com o sensor de gotícula 102 (Figuras 1 e 2). Como ilustrado, o controlador de sensor 106 inclui uma interface de entrada 500 e uma interface de saída 502. O controlador de sensor 106 pode ser conectado operacionalmente ao detector de luz 206 ou ao sensor de fluxo opcional 550 com o uso de a interface de entrada 500. O controlador de sensor 106 pode ser conectado operacionalmente ao computador 122 ou à fonte de luz 202 com o uso de interface de saída 502. Cada interface 500, 502 pode ser operacionalmente conectada ao processador 504, à memória 506 ou ambos. O processador 504 pode ser acoplado operacionalmente à memória 506 para armazenar e recuperar informações ou dados, tais como o sinal 510, o limite 512, a taxa de gotícula 520, o tamanho de gotícula 522 ou a quantidade de gotícula 524.
[0105] Na modalidade ilustrada, o processador 504 pode ser configurado para receber o sinal 510 do detector de luz 206 com o uso da interface de entrada 500. Um ou mais limites 512 podem ser determinados pelo processador 504 com base no sinal 510 ou recuperados da memória 506. Vários módulos do processador 504 podem ser executados com base no sinal 510 e no limite 512. Por exemplo, o sinal 510 e o limite 512 podem ser comparados com o uso do comparador 514 executado no processador
504. Com base na comparação, o processador 504 pode determinar se uma gotícula de líquido foi detectada com o uso do detector de gotículas 516. Além disso, várias características da gotícula de líquido podem ser determinadas com o uso do caracterizador de gotícula 518. Exemplos não limitantes de características de gotícula que podem ser determinadas incluem taxa de gotícula 520, tamanho de gotícula 522 e quantidade de gotícula 524. Em algumas modalidades, o processador 504 pode determinar o fornecimento de um sinal de manutenção 526 para a interface de saída
502.
[0106] Uma taxa de fluxo de fluido do sensor de fluxo 550 pode ser usada para determinar algumas características. Em algumas modalidades, o medidor de fluxo ou sensor de fluxo 550 pode ser posicionado no canal de detecção ou canal microfluídico,
a montante ou a jusante do mesmo. Em geral, o sensor de fluxo 550 é posicionado e configurado para determinar uma taxa de fluxo de fluido através do canal microfluídico, que também pode ser descrito como um canal de detecção.
[0107] A Figura 9 mostra um fluxograma que descreve o método 600 que pode ser usado com o sensor de gotícula 102 da Figura 2 ou controlador de sensor 106 da Figura 8. O método 600 pode incluir o monitoramento de um sinal 602. Se o sinal monitorado cair abaixo de um primeiro limite 604, o método 600 pode continuar e determinar que uma gotícula de líquido foi detectada 606. Caso contrário, o sinal pode continuar a ser monitorado 602.
[0108] Após uma gotícula ter sido detectada 606, se o sinal exceder o primeiro limite 608, por exemplo, sem cair abaixo do segundo limite, o método 600 pode continuar e determinar um tamanho ou taxa de gotícula 610. Por exemplo, o tamanho da gotícula pode ser determinado como sendo menor do que a largura de canal de um canal microfluídico. Como outro exemplo, uma taxa de gotícula pode ser determinada com base apenas em cruzamentos do primeiro limite. Após o tamanho ou a taxa da gotícula ser determinada, o sinal pode continuar a ser monitorado para outra gotícula 602. Se o sinal adicionalmente não tiver excedido o primeiro limite 608, o método 600 pode continuar e determinar se o sinal caiu abaixo de um segundo limite
612.
[0109] Se o sinal cair abaixo do segundo limite 612, por exemplo, antes de exceder o primeiro limite, o método 600 pode determinar o tamanho de gotícula ou taxa com base em uma largura de pulso 614. Como descrito acima no presente documento, um sinal abaixo do segundo limite pode indicar que o tamanho da gotícula é maior ou igual à largura do canal do canal microfluídico e a largura do pulso pode indicar o tamanho ou a taxa da gotícula. Após determinar o tamanho ou taxa da gotícula 614, o sinal pode continuar a ser monitorado para outra gotícula 602.
[0110] Caso contrário, se o sinal não cair abaixo do segundo limite 612, por exemplo, antes de exceder o primeiro limite, o método 600 pode determinar o tamanho da gotícula com base em uma magnitude de pulso 616. Como descrito acima no presente documento, um sinal acima do segundo limite pode indicar que o tamanho da gotícula é menor do que a largura do canal do canal microfluídico e a magnitude do pulso pode indicar o tamanho da gotícula. Depois de determinar o tamanho de gotícula 616, o sinal pode continuar a ser monitorado para outra gotícula 602.
[0111] O sensor de gotícula pode ser integrado a uma linha de fluxo principal de qualquer maneira adequada. Controlar as dimensões da tubulação (por exemplo, comprimento ou diâmetro hidráulico) e observar o impacto de perdas cabeça de pressão menores (por exemplo, expansões ou contrações no diâmetro hidráulico) pode permitir que as perdas de pressão no sistema geral sejam controladas. Em alguns casos, o sensor de gotícula pode ser integrado de forma a reduzir a perda de pressão ou energia total, por exemplo, facilitando um comprimento de canal microfluídico mais curto.
[0112] O sensor microfluídico pode estar em comunicação fluida paralela com um ramal de fluxo principal. Em algumas modalidades, o canal microfluídico pode ser configurado para aceitar um fluxo de desvio do fluxo principal. Em algumas modalidades, o canal microfluídico pode ser disposto pelo menos parcialmente dentro do fluxo principal.
[0113] A Figura 10 mostra um exemplo de um sensor de gotícula que pode ser usado com o sistema 100. O sensor de gotícula 700 inclui o canal microfluídico 702 posicionado para receber um fluxo de desvio do canal de fluxo principal 704. Um dentre o canal de fluxo principal 704 ou o canal microfluídico 702, ou ambos, podem incluir uma curva para separar o fluxo de desvio do fluxo principal.
[0114] Na modalidade ilustrada, o canal microfluídico 702 forma um percurso reto com a entrada de fluxo principal 706 e a saída de fluxo principal 708 do canal de fluxo principal 704. A geometria reta pode evitar que gotículas de água ou bolhas sejam capturadas no canal microfluídico 702. O fluxo principal segue um percurso diferente ao longo do ramal de fluxo principal 710. Como ilustrado, o ramal de fluxo principal 710 é mostrado como um circuito simples, mas qualquer formato adequado pode ser usado para equilibrar a pressão e o fluxo através do microcanal.
[0115] Em algumas modalidades, o canal microfluídico 702 pode incluir um bico convergente-divergente ou projeto de bico convergente-divergente. O bocal pode melhorar a recuperação de pressão ou de outra forma controlar as perdas de pressão, por exemplo, reduzindo-se o comprimento do canal microfluídico 702. Na modalidade ilustrada, o bocal pode ser definido pela porção de entrada 712, porção de detecção 714 (que também pode ser descrita como um gargalo do bocal) e porção de saída
716. Em outras modalidades, a porção de detecção 714 pode ser incorporada na porção de entrada 712 ou na porção de saída 716.
[0116] Na modalidade ilustrada, a porção de entrada 712 e a porção de saída 716 têm, cada uma, larguras que são variáveis, ou que mudam, ao longo de seu comprimento. O comprimento do canal microfluídico 702 é definido ao longo de um eixo geométrico que se estende ao longo da direção de fluxo através do canal microfluídico 702. A largura do canal microfluídico 702 é geralmente ortogonal ao comprimento. A porção de detecção 714 pode ter uma largura que não muda ao longo de seu comprimento, por exemplo, quando a porção de detecção 714 não é incorporada na porção de entrada 712 ou na porção de saída 716.
[0117] A porção de entrada 712 pode afunilar na direção do fluxo de fluido, ou direção do fluxo, através do canal microfluídico 702. O afunilamento pode ser linear ou não linear (por exemplo, curvo). A porção de entrada 712 pode definir um ângulo de contração, que é uma medição que pode representar o ângulo de um afunilamento linear ou pode representar uma medição média representativa de múltiplas medições de ângulos em um afunilamento não linear. Um ângulo pode ser medido a partir de qualquer eixo geométrico adequado, tal como um eixo geométrico alinhado com a direção do fluxo de fluido de desvio através do canal microfluídico 702. A porção de entrada 712 pode ser descrita como uma porção de entrada que se contrai.
[0118] A porção de saída 716 pode alargar na direção do fluxo de fluido, ou direção do fluxo, através do canal microfluídico 702. O alargamento pode ser linear ou não linear (por exemplo, curvo). A porção de saída 716 pode definir um ângulo de expansão, que pode ser calculado de uma maneira semelhante ao ângulo de contração. Um ângulo pode ser medido a partir de qualquer eixo geométrico adequado, tal como um eixo geométrico alinhado com a direção do fluxo de fluido de desvio. A porção de saída 716 pode ser descrita como uma porção de saída que se expande.
[0119] A porção de entrada 712 e a porção de saída 716 também podem ser descritas com o uso de uma razão de contração e uma razão de expansão. Tal como usado no presente documento, "razão de contração" se refere à razão da área de corte transversal na entrada do bocal (área de corte transversal mais ampla da porção de entrada 712 ou na abertura mais ampla da porção de entrada) e o gargalo (a menor área de corte transversal, tal como na porção de detecção 714). A "razão de expansão" se refere à razão da área de corte transversal na saída do bocal (área de corte transversal mais ampla da porção de saída 716 ou na abertura mais ampla da porção de saída). Por exemplo, uma área de corte transversal de canal que vai de 300 micrômetros até 100 micrômetros e volta a 300 micrômetros teria uma razão de contração de 3 e uma razão de expansão de 3.
[0120] Os comprimentos e ângulos correspondentes da porção de entrada 712 e da porção de saída 716 podem ser iguais ou diferentes. Em algumas modalidades, o comprimento da porção de entrada em contração 712 é mais curto do que o comprimento da porção de saída em expansão 716, ou vice-versa. Em algumas modalidades, o ângulo de contração da porção de entrada 712 pode ser maior do que o ângulo de expansão da porção de saída 716. Em algumas modalidades, as razões de expansão e contração podem ser iguais ou diferentes. Por exemplo, a taxa de expansão e a taxa de contração podem ser as mesmas, mesmo se os comprimentos e ângulos correspondentes forem diferentes.
[0121] Na modalidade ilustrada, o fluxo principal 720, ou fluxo de fluido principal, entra do lado esquerdo da ilustração no canal microfluídico 702 a partir da entrada de fluxo principal 706. O fluxo principal 720 se divide entre o ramal de fluxo principal 710 e o canal microfluídico 702. O fluxo de desvio entra no canal microfluídico 702 na porção de entrada 712 e aumenta em velocidade do fluido, enquanto a taxa de fluxo permanece a mesma, à medida que o corte transversal diminui na porção de entrada 712, fazendo com que a cabeça de pressão estática diminua. Após o fluxo de desvio passar da porção de entrada 712 e da porção de detecção 714 e entrar na porção de saída 716, ocorre o inverso e a velocidade do fluido diminui, enquanto a taxa de fluxo permanece a mesma, fazendo com que a pressão de cabeça estática aumente. Em outras palavras, a velocidade do fluido pode diminuir e a pressão de cabeça estática pode aumentar, após um diâmetro mínimo do canal microfluídico 702 ser encontrado pelo fluxo de desvio. O fluxo de desvio pode, então, reingressar no fluxo principal após passar através da porção de saída 716.
[0122] Ao controlar as taxas de contração e expansão, a quantidade de recuperação de pressão pode ser controlada, por exemplo, minimizando-se a separação de fluxo dentro do sistema. Em dispositivos projetados adequadamente, a minimização da separação de fluxo pode levar a uma queda de pressão menor de forma sustentável em um determinado comprimento de canal em comparação com um comprimento de canal de área de corte transversal constante. O projeto de bocal convergente-divergente do canal microfluídico 702 pode ser usado para controlar a queda de pressão através do sensor de gotícula 700. Uma queda de pressão inferior pode levar a fluxo adicional através do sensor de gotícula 700.
[0123] O sistema 100 pode incluir um limitador de fluxo para facilitar o fluxo de fluido através do sensor de gotícula 700. Na modalidade ilustrada, o limitador de fluxo 722 pode ser posicionado ao longo do canal de fluxo principal 704, por exemplo, no ramal de fluxo principal 710. O limitador de fluxo 722 pode facilitar a condução de mais fluxo através do canal microfluídico 702 em comparação com um sistema sem limitador de fluxo 722. Em alguns casos, sem limitador de fluxo 722, uma parcela menor ou igual a 0,0001% do fluxo principal pode entrar no canal microfluídico 702, por exemplo, quando uma largura ou diâmetro do canal microfluídico 702 é de 150 micrômetros e uma largura ou diâmetro do canal de fluxo principal 704 é de 12 milímetros. Em geral, a largura relativa do canal microfluídico 702 é muito menor em comparação com o canal de fluxo principal 704 do que o ilustrado (por exemplo, pelo menos uma ordem de magnitude). Em algumas modalidades, pelo menos 0,1, 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 5 ou mesmo 10% do fluxo principal pode entrar no canal microfluídico 702, por exemplo, quando o bocal convergente-divergente ou limitador de fluxo 722 é incluído.
[0124] Componentes ópticos podem ser usados para aumentar a razão sinal- ruído do sensor de gotícula 700, por exemplo, aumentando-se a intensidade de luz da fonte de luz 730 direcionada ao detector de luz 732. Em uma ou mais modalidades, o sensor de gotícula 704 pode incluir um ou mais componentes ópticos, tal como elementos ópticos de foco ou uma lente 734. Uma ou mais lentes 734 podem ser posicionadas geralmente entre a fonte de luz 730 e o detector de luz 732. Como ilustrado, uma lente 734 é posicionada entre a fonte de luz 730 e o canal microfluídico 702 e outra lente 734 é posicionada entre o canal microfluídico 702 e o detector de luz
732.
[0125] O canal microfluídico pode ser pelo menos parcialmente ou totalmente submerso no fluxo principal da linha de combustível. Em algumas modalidades, uma entrada do canal microfluídico é posicionada no fluxo principal ou canal de fluxo principal. As Figuras 11 a 13 mostram vários exemplos de posicionamento de uma entrada do canal microfluídico para amostrar o fluxo principal do canal de fluxo principal. O fluxo principal 720 através do canal de fluxo principal 704 pode ser amostrado pelo sensor de gotícula de perto da parede do canal de fluxo principal 704 (por exemplo, perto da parede do tubo) ou de dentro do canal de fluxo principal 704 (por exemplo, dentro do tubo). Se o fluxo principal 720 for amostrado a partir do meio do canal de fluxo principal 704, o fluxo principal 720 pode ser amostrado a partir de uma seção reta do tubo ou a partir de uma curva no tubo. A porção de entrada 712 do canal microfluídico 702 pode incluir a abertura 752 posicionada para capturar uma amostra de fluido representativa para o sensor de gotícula, uma amostra na qual as gotas de água são concentradas ou uma amostra na qual as gotas de água são diluídas. Em geral, o centro do canal de fluxo principal 704 pode fornecer uma amostra de fluido representativa do fluxo principal 720.
[0126] A abertura 752 pode ter as mesmas dimensões de corte transversal do canal microfluídico 702 ou pode ser maior ou menor. Dimensões de entrada do sensor maiores podem ser vantajosas devido a uma queda de pressão menor.
[0127] A Figura 11 mostra o sensor de gotícula 750, que inclui a abertura 752 em uma extremidade distal da porção de entrada 712 que se estende de um lado do canal de fluxo principal 704 em direção a um centro do canal de fluxo principal 704 para posicionar a abertura 752 perto do centro do canal de fluxo principal 704. Na modalidade ilustrada, o canal de fluxo principal 704 se estende linearmente ou em linha reta e o canal microfluídico 702 se estende linearmente ou em linha reta ortogonal à direção do fluxo principal 720.
[0128] O canal de fluxo principal 704 pode se estender linear ou não linearmente. Em algumas modalidades, uma ou mais modalidades de sensor de gotícula também podem ser usadas com um canal de fluxo principal que tem uma curvatura ou outra geometria não linear. A Figura 12 mostra o sensor de gotícula 760, que inclui a abertura 752 em uma extremidade distal da porção de entrada 712 que se estende da curva 754 no canal de fluxo principal 704 para um centro do canal de fluxo principal 704 para posicionar a abertura 752 perto do centro do canal de fluxo principal 704. Na modalidade ilustrada, o canal de fluxo principal 704 não é linear. O canal microfluídico 702 entra no canal de fluxo principal 704 na curva 754.
[0129] A porção de entrada 712 do canal microfluídico 702 pode ser reta ou incluir uma conicidade (ou bico convergente). A Figura 13 mostra o sensor de gotícula 770, que inclui a abertura 752 em uma extremidade distal da porção de entrada 712 que se estende da curva 754 para um centro do canal de fluxo principal 704 para posicionar a abertura 752 perto do centro do canal de fluxo principal 704. A porção de entrada 712 é pelo menos parcialmente cônica e a abertura 752 é maior em comparação com o sensor de gotícula 760 (Figura 12). Na modalidade ilustrada, o canal de fluxo principal 704 se estende linearmente ou em linha reta e o canal microfluídico 702 se estende linearmente ou em linha reta ao longo da direção do fluxo principal 720.
[0130] O canal microfluídico pode ser totalmente submerso no canal de fluxo principal. Em particular, a entrada e a saída do canal microfluídico podem ser posicionadas no fluxo principal do canal de fluxo principal. Em algumas modalidades, o sensor de gotícula pode estar em uma configuração de fluxo anular, na qual o canal do sensor microfluídico é contido dentro do canal de fluxo principal. O canal microfluídico pode estar localizado no centro do canal de fluxo principal ou distante do centro.
[0131] O canal do sensor microfluídico pode ser orientado de qualquer maneira adequada dentro do canal de fluxo principal. Em algumas modalidades, o canal do sensor microfluídico pode correr paralelo à direção do fluxo de fluido ou em um ângulo. A fonte de luz e o detector podem ser submersos no canal de fluxo principal, encapsulados e submersos ou acoplados ao canal microfluídico com fibra óptica, guias de luz, guias de onda ou similares. O canal microfluídico pode ter uma dimensão transversal constante (por exemplo, largura) ou pode variar ao longo de seu comprimento. A variação das dimensões do canal do sensor microfluídico pode ser vantajosa por diminuir a queda de pressão ou aumentar o volume de amostragem.
[0132] As Figuras 14A a 14B e 15A a 15B mostram vários exemplos de canais microfluídicos submersos em um canal de fluxo principal, o que pode facilitar par se ter menos curvas no percurso de fluxo de fluido. As Figuras 14A a 14B mostram um exemplo de um sensor de gotícula com a fonte de luz e o detector de luz submersos em um canal de fluxo principal. O sensor de gotícula 800 inclui uma fonte de luz 802, um detector de luz 804 e um canal microfluídico 806. Em particular, a entrada 807 (por exemplo, abertura ou porção de entrada) e a saída 809 (por exemplo, abertura ou porção de saída) do canal microfluídico 806 são submersas no canal de fluxo principal
810. O canal microfluídico 806 pode ser descrito como sendo circundado por uma parede, ou superfície interna, do canal de fluxo principal 810.
[0133] Para reter um substrato que forma o canal microfluídico 806 no fluxo principal, um ou mais apoios 812, ou estruturas de apoio, podem ser acoplados ao canal de fluxo principal 810. Na modalidade ilustrada, um apoio 812 é acoplado entre a fonte de luz 802 e uma parede do canal de fluxo principal 810. Outro apoio 812 é acoplado entre o detector de luz 804 e uma parede do canal de fluxo principal 810 e pode estar no lado oposto do canal de fluxo principal 810 ou canal microfluídico 806 em relação ao outro apoio. O substrato que forma o canal microfluídico 806 pode ser acoplado à fonte de luz 802 ou a um primeiro apoio 812 e pode ser acoplado ao detector de luz 804 ou a um segundo apoio 812 para ser mantido, por exemplo, perto de um centro do fluxo principal. Os apoios 812 podem ser produzidos de qualquer material adequado para acoplar mecanicamente componentes diferentes do sensor de gotícula 800.
[0134] O canal microfluídico 806 pode ser formado a partir de um substrato ou definido entre dois ou mais componentes ópticos, por exemplo, em vez de ser formado a partir de apenas um substrato. Em algumas modalidades, o canal microfluídico 806 pode ser definido entre dois ou mais componentes ópticos, tais como uma fonte de luz, um detector de luz, uma abertura de luz, um canal de luz, uma lente e um substrato de canal microfluídico separado. Em algumas modalidades, o canal microfluídico 806 pode ser formado por um tubo de vidro como substrato.
[0135] Um exemplo de canal de luz é um canal de fibra ótica, ou um canal formado por fibra ótica. O uso de fibra óptica pode permitir que certos componentes ópticos do sensor de gotícula sejam posicionados fora do canal de fluxo principal. As Figuras 15A a 15B mostram um exemplo de um sensor de gotícula com fibra óptica pelo menos parcialmente submerso em um canal de fluxo principal que forma um canal microfluídico. O sensor de gotícula 820 inclui uma fonte de luz 802, um detector de luz 804 e uma fibra óptica 814. Na modalidade ilustrada, a fonte de luz 802 e o detector de luz 804 são posicionados fora do canal de fluxo principal 810 e opticamente acoplados ao interior do canal de fluxo principal 810 através da fibra óptica 814. O canal microfluídico 826 pode ser definido em comprimento e largura por porções de extremidade de fibra ópticas da fibra óptica 814, por exemplo, em vez de um substrato de canal microfluídico separado.
[0136] Várias combinações de componentes ópticos também podem ser usadas para formar o canal microfluídico. Em algumas modalidades, uma fonte de luz e um canal de fibra óptica podem ser usados para definir o canal microfluídico. Em outras modalidades, um detector de luz e um canal de fibra óptica podem ser usados para definir o canal microfluídico. Em ainda outras modalidades, a fonte de luz e o detector de luz podem estar contidos dentro do canal de fluxo principal e definir o canal microfluídico.
[0137] Os componentes ópticos que formam o canal microfluídico podem ser descritos como formando um canal microfluídico virtual entre os dois componentes. Ou seja, o comprimento do percurso entre os dois componentes cria o canal microfluídico. O detector de luz ou fonte de luz pode ser acoplado a, ou posicionado em relação a, uma abertura de luz para definir o canal microfluídico virtual.
[0138] Em geral, um dentre a fonte de luz e o detector, ou ambos, podem estar fora do canal de fluxo principal, em que fibras ópticas, guias de luz, guias de ondas ou similares podem ser usados para trazer a luz para dentro ou para fora do canal de fluxo principal para ou do canal microfluídico virtual. Utilizar o canal microfluídico virtual pode reduzir a queda de pressão em relação ao uso de um substrato separado apenas para formar o canal microfluídico.
[0139] Sensores semelhantes aos sensores de gotícula descritos no presente documento também podem ser usados para detectar água sem um canal microfluídico. Em algumas modalidades, esse sensor pode ser usado para detectar quando um volume de água ou nível de água (por exemplo, com base na altura) tiver atingido um certo limite ou ser usado para monitorar o nível de água continuamente. Em algumas aplicações de caminhões, por exemplo, entender a altura da água pode ajudar um operador de caminhão a entender quando drenar a água do sistema de combustível devido a um determinado volume de água ter sido coletado. Os sensores de água existentes em aplicações de caminhões utilizam um flutuador mecânico, que pode estar sujeito a incrustação, ou uma sonda resistiva ou condutiva, que também pode estar sujeita a incrustação por meio de galvanoplastia ou depósitos.
[0140] As Figuras 16 a 18 mostram várias modalidades de sensores, tais como sensores de nível de água, usados sem um canal microfluídico em um separador de água e combustível ou filtro de combustível, como o filtro de combustível 116 (Figura 1). Quando a água é removida de um sistema de combustível com o uso de um filtro, a água pode ser coletada no fundo de um alojamento 842 do separador de água do combustível 840 em um volume de coleta de água 844, ou vasilha, após o combustível ser filtrado. O volume de coleta de água 844 pode ser conectado de forma fluida a uma linha de combustível do motor (por exemplo, canal de fluxo principal) conectada de forma fluida ao elemento de filtro 846 e à saída de drenagem de água 848 para drenar seletivamente a água quando a água atingir o nível de água limite 850. Em geral, o volume de coleta de água 844 pode estar a montante do elemento de filtro 846 ou a jusante do elemento de filtro 846.
[0141] O sensor 852 pode ser posicionado em uma altura do volume de coleta de água 844 correspondente para detectar a água atingindo o nível de água limite
850. O sensor 852 pode incluir uma fonte de luz 856, que pode ser uma fonte de luz infravermelha próxima. O sensor 852 também pode incluir um detector de luz 858, que pode ser um fotodetector. A fonte de luz 856 e o detector de luz 858 podem ser posicionados para definir o nível de água limite 850 no volume de coleta de água 844. A distância ou espaço entre a fonte de luz 856 e o detector de luz 858 pode definir o comprimento do percurso 854.
[0142] Um controlador (que pode ser semelhante ao controlador 106 da Figura 8) pode ser operacionalmente acoplado ao detector de luz 858 e, opcionalmente, à fonte de luz 856. O controlador pode ser configurado para determinar que a água no volume de coleta de água 844 atingiu o nível de água limite 850 em resposta ao sinal do detector de luz 858. Em geral, quando a água está presente entre a fonte de luz 856 e o detector de luz 858 ao longo do comprimento do percurso 854, em resposta, o controlador pode determinar que o volume de água tenha atingido o nível de água limite 850.
[0143] Várias configurações de sensor 852 podem ser usadas para medir o nível de água. A Figura 16 mostra o sensor 852 que tem uma fonte de luz 856 e um detector de luz 858 posicionados fora do volume de coleta de água 844 e do alojamento 842. Em outras modalidades, um dentre a fonte de luz 856 e o detector de luz 858, ou ambos, podem ser posicionados dentro do volume de coleta de água 844 ou do alojamento 842 e podem ser submersos na água.
[0144] A Figura 17 mostra outro exemplo de uma configuração de sensor. O sensor 860 é semelhante ao sensor 852 e inclui adicionalmente componentes ópticos 862 ou fibra óptica. Os componentes ópticos 862 podem ser usados para acoplar luz da fonte de luz 856 ou o detector de luz 858 dentro ou fora do volume de coleta de água 844. Na modalidade ilustrada, a fonte de luz 856 é posicionada fora do volume de coleta de água 844 e é acoplada opticamente ao componente óptico 862 para direcionar um feixe de luz para o volume de coleta de água 844 e para o detector de luz 858. O detector de luz 858 é posicionado dentro do volume de coleta de água 844 para receber o feixe de luz e é acoplado opticamente a outro componente óptico 862 para direcionar o feixe de luz para fora do volume de coleta de água 844. O comprimento do percurso 854 pode ser definido entre o componente óptico 862 acoplado à fonte de luz 856 e o detector de luz 858.
[0145] A Figura 18 mostra ainda outro exemplo de uma configuração de sensor. O sensor 870 é semelhante ao sensor 860 e é orientado para medir um nível de água, definindo-se o comprimento do percurso 854 em uma direção para medir os níveis de água ascendentes (por exemplo, verticalmente). Em particular, a fonte de luz 856 e o detector de luz 858 são posicionados para medir um nível de água no volume de coleta de água 844 e o controlador (que pode ser semelhante ao controlador 106 da Figura 8) é configurado para determinar o nível de água em resposta ao sinal. À medida que o nível de água sobe ao longo do comprimento do percurso 854, a absortividade detectada pelo detector de luz 858 aumentará e o controlador pode determinar o nível de água, por exemplo, em proporção ao aumento na absortividade. Na modalidade ilustrada, a fonte de luz 856 e o detector de luz 858 são posicionados dentro do volume de coleta de água 844 e do alojamento 842. Em outras modalidades, a fonte de luz 856 e o detector de luz 858 podem ser posicionados fora do volume de coleta de água 844 ou do alojamento 842.
[0146] Em geral, uma fonte de luz infravermelha próxima e um detector podem ser colocados fora do reservatório de coleta de água. Se a fonte de luz infravermelha próxima e o detector estiverem fora do volume de coleta de água, os mesmos podem ser acoplados a fibras ópticas, guias de ondas, guias de luz (ou similares) para trazer a luz que entra na vasilha e coletar a luz transmitida e trazê-la de volta para fora da vasilha. Em algumas modalidades, uma da fonte de luz e o detector podem estar dentro do volume de coleta de água, enquanto o outro componente pode estar fora da vasilha de coleta de água conectado por uma fibra óptica, guia de ondas ou guia de luz. Em outras modalidades, a fonte de luz e o detector podem estar dentro do volume de coleta de água.
[0147] O comprimento do percurso da luz pode consistir em uma porção da largura ou altura do volume de coleta de água ou pode incluir toda a largura ou altura da bacia de coleta de água. Se o comprimento do percurso de luz é toda a largura ou altura do volume de coleta de água, o alojamento do separador de água e combustível pode ser produzido de um material transparente à luz infravermelha próxima (por exemplo, vidro), de modo que a fonte de luz e o detector estejam fora do alojamento. Se o sensor for orientado com a largura da vasilha de coleta de água, o sensor pode atuar como um gatilho uma vez que a água atingir a altura do sensor. Se o sensor for orientado com a altura da vasilha de coleta de água (ou em um ângulo oblíquo), o sensor pode atuar como um sensor de nível de água contínuo, pois uma diminuição na luz transmitida pode indicar um aumento na altura da água.
[0148] A Figura 19 mostra um exemplo de um separador de água e combustível que inclui uma cabeça de filtro. Na modalidade ilustrada, várias posições para um sensor ou sensor de gotícula 884 são mostradas dentro do separador de água e combustível 880. Em algumas modalidades, um ou mais sensores de gotícula 884 podem ser posicionados na cabeça de filtro 882. A cabeça de filtro 882 pode incluir uma entrada e uma saída em comunicação fluida com um canal de fluxo principal e o elemento de filtro. O sensor de gotícula 884 pode ser posicionado para amostrar ao longo da entrada 890, ao longo da saída 892, entre a entrada e a saída, ou mesmo ao longo ou dentro do elemento de filtro 846.
[0149] Em geral, um sensor de água microfluídico, ou sensor de gotícula, pode ser integrado diretamente na cabeça de filtro. O sensor pode ser colocado na entrada ou na saída da cabeça de filtro. O sensor pode ser um desvio para o filtro que conecta a entrada e a saída diretamente. O sensor pode ser incorporado diretamente em um elemento de filtro substituível.
[0150] Embora a presente revelação não seja tão limitada, uma apreciação de vários aspectos da revelação será obtida por meio de uma discussão dos exemplos específicos e modalidades ilustrativas fornecidas abaixo. Várias modificações dos exemplos e modalidades ilustrativas, bem como modalidades adicionais da revelação, se tornarão evidentes no presente documento.
EXEMPLOS
[0151] No Exemplo 1, o conjunto de detecção 900 foi fornecido como mostrado na Figura 20. O conjunto de detecção 900 incluiu um diodo emissor de luz (LED) infravermelha próxima 902, que foi centralizado em 1.550 nm (disponível em Thorlabs, Newton, New Jersey). O LED 902 foi acionado por uma fonte de alimentação 904 de 5 V disponível comercialmente, conectada por meio de uma porta de Barramento Serial Universal (USB). O LED 902 foi conectado em série com uma resistência 903 de 51 Ω disponível comercialmente. A luz do LED 902 não foi focalizada por um elemento óptico. O LED 902 foi colocado em grande proximidade com o dispositivo microfluídico 906, produzido de poli(dimetilssiloxano) (PDMS) (disponível sob o nome comercial DOW CORNING SYLGARD 184) e vidro, que definiu um canal microfluídico. O dispositivo microfluídico 906 incluiu um gerador de gotículas de junção em T que alimentou gotículas de água para o microcanal do dispositivo microfluídico 906. O microcanal, ou canal microfluídico, tinha uma largura de 150 micrômetros e uma profundidade de 140 micrômetros. O canal foi alinhado com um micro-orifício de abertura de luz 908 de 150 µm (disponível na Thorlabs). A luz do LED 902 foi direcionada através da abertura de luz 908 e do canal microfluídico do dispositivo microfluídico 906 para ser detectada por um detector de luz amplificado por transimpedância de germânio (Ge) PDA30B 910 (disponível em Thorlabs, Newton, New Jersey). O sinal de saída foi transferido por meio de um cabo BNC de 50 Ω para um osciloscópio TDS 2014C (disponível em Tektronix, Beaverton, Oregon).
[0152] Um fluxo de combustível a 25 microlitros por minuto e um fluxo de água a 2 microlitros por minuto foram fornecidos ao conjunto de detecção 900 com o uso de bombas de seringa (disponíveis em Harvard Apparatus, Holliston, Massachusetts), o que resultou na formação de gotículas de água. Como determinado da análise de sinal, as gotículas de água tinham um diâmetro de 117 micrômetros a uma taxa de gotículas de 40 gotículas por segundo. As medições foram feitas com o uso do osciloscópio TDS 2014C ajustado para uma atenuação de sonda de 10x. A Figura 21 mostra o gráfico 920 de tensão (V) versus tempo (s) do sinal 922 do osciloscópio TDS 2014C. Cada mergulho no sinal 922 correspondeu a uma gotícula que se move através de uma área de detecção definida pelo conjunto de detecção 900.
[0153] No Exemplo 2, um conjunto de detecção foi alimentado com gotículas menores do que as dimensões do microcanal de um dispositivo microfluídico para testar se a resposta do detector corresponderia, ou se correlacionaria, ao diâmetro da gotícula. O conjunto de detecção foi o mesmo que o conjunto de detecção 900, exceto que o dispositivo microfluídico usou um gerador de gotícula direcionada a fluxo em vez de um gerador de gotícula de junção T para alimentar o microcanal e o osciloscópio foi ajustado para uma atenuação 1x. A partir da análise do sinal, a frequência e o tamanho das gotículas foram determinados. Como ilustrado na Figura 22, o gráfico 940 mostra a queda de tensão de saída do detector em milivolts (mV) para vários tamanhos de gotículas (µm ou micrômetros). Como pode ser visto, as maiores quedas de tensão correspondem a maiores diâmetros de gotícula quando a gotícula é menor do que a largura do microcanal.
MODALIDADES ILUSTRATIVAS
[0154] Na modalidade A1, um sistema compreende um canal microfluídico configurado para receber um fluxo de um primeiro fluido e um segundo fluido disperso no primeiro fluido. O segundo fluido tem uma composição diferente do primeiro fluido. O sistema também compreende uma fonte de luz configurada para direcionar um feixe de luz em uma banda de frequência ao longo de um percurso através do canal microfluídico. A banda de frequência é selecionada para ter uma absorbância superior pelo segundo fluido do que pelo primeiro fluido. O sistema compreende adicionalmente um elemento de abertura que define uma abertura de luz posicionada no percurso do feixe de luz da fonte de luz. O sistema compreende adicionalmente um detector de luz posicionado para receber o feixe de luz em uma área de detecção após passar através do canal microfluídico e da abertura de luz. O detector de luz é configurado para fornecer um sinal que representa uma quantidade de luz na banda de frequência que permanece após passar pelo canal microfluídico. O sistema compreende adicionalmente um controlador acoplado operacionalmente ao detector de luz e configurado para determinar se o segundo fluido está em forma de gotícula com base no sinal.
[0155] Na modalidade A2, um sistema compreende o sistema de acordo com qualquer modalidade A, em que o controlador é configurado adicionalmente para determinar uma quantidade do segundo líquido em forma de gotícula por unidade de volume do primeiro fluido com base no sinal. A quantidade opcionalmente exclui o segundo fluido dissolvido no primeiro fluido.
[0156] Na modalidade A3, um sistema compreende o sistema de acordo com qualquer modalidade A, que compreende adicionalmente um controlador conectado operacionalmente ao detector de luz e configurado para detectar uma taxa de gotícula ou um tamanho de gotícula de uma ou mais gotículas do segundo fluido disperso no fluxo do primeiro fluido com base no sinal.
[0157] Na modalidade A4, um sistema compreende o sistema de acordo com a modalidade A3, em que o controlador é configurado adicionalmente para determinar a taxa de gotícula ou o tamanho de gotícula com base em pelo menos um dentre: uma magnitude de um pulso contido dentro do sinal, uma largura de um pulso contido dentro do sinal, um primeiro nível limite de sinal para detectar uma gotícula de tamanho mínimo na área de detecção, um segundo nível limite de sinal para detectar uma gotícula que preenche a área de detecção e uma taxa de cruzamento de nível limite de sinal.
[0158] Na modalidade A5, um sistema compreende o sistema de acordo com a modalidade A4, em que o controlador é configurado adicionalmente para determinar pelo menos um dentre: uma quantidade de segundo líquido em forma de gotícula por unidade de volume do primeiro fluido com base na taxa de gotícula e tamanho de gotícula; o tamanho de gotícula com base na magnitude de um pulso contido dentro do sinal em resposta ao sinal não cruzar o segundo nível limite de sinal; o tamanho de gotícula com base na largura de um pulso contido dentro do sinal em resposta ao sinal cruzar o segundo nível limite de sinal e o tamanho da gotícula com base na taxa de gotícula.
[0159] Na modalidade A6, um sistema compreende o sistema de acordo com qualquer modalidade A, em que o canal microfluídico é pelo menos um dentre: em comunicação fluida paralela com um fluxo principal de uma linha de combustível; pelo menos parcialmente submerso no fluxo principal da linha de combustível, em que uma entrada do canal microfluídico é posicionada no fluxo principal da linha de combustível ou a entrada e uma saída do canal microfluídico é posicionada no fluxo principal da linha de combustível e definido entre dois ou mais componentes ópticos selecionados dentre: a fonte de luz, o detector de luz, a abertura de luz, um canal de luz, uma lente e um substrato de canal microfluídico separado.
[0160] Na modalidade A7, um sistema compreende o sistema de acordo com qualquer modalidade A, em que o canal microfluídico compreende um bocal convergente-divergente.
[0161] Na modalidade A8, um sistema compreende o sistema de acordo com a modalidade 7, em que: o bocal convergente-divergente do canal microfluídico compreende uma porção de entrada em contração e uma porção de saída em expansão ao longo de uma direção de fluxo e, opcionalmente, em que um comprimento da porção de entrada em contração é mais curto do que um comprimento da porção de saída em expansão.
[0162] Na modalidade A9, um sistema compreende o sistema de acordo com qualquer modalidade A, em que o controlador é configurado adicionalmente para detectar uma gotícula do segundo líquido de um tamanho predeterminado com um volume equivalente a uma gotícula do segundo líquido com um diâmetro esférico em uma faixa de 10 a 1.000 micrômetros.
[0163] Na modalidade A10, um sistema compreende o sistema de acordo com qualquer modalidade A, em que o primeiro fluido compreende um fluido de hidrocarboneto e o segundo fluido compreende água.
[0164] Na modalidade A11, um sistema compreende o sistema de acordo com qualquer modalidade A, e compreende adicionalmente pelo menos um dentre: uma linha de combustível configurada para fornecer combustível a um injetor de combustível; um filtro de combustível configurado para filtrar água de gasolina ou diesel combustível posicionado ao longo da linha de combustível e uma bomba de combustível em comunicação fluida com a linha de combustível, em que a bomba de combustível é configurada para fornecer fluxo de combustível para o injetor de combustível ao longo da linha de combustível.
[0165] Na modalidade A12, um sistema compreende o sistema de acordo com qualquer modalidade A, e compreende adicionalmente outro canal microfluídico posicionado entre a fonte de luz e o detector de luz.
[0166] Na modalidade A13, um sistema compreende o sistema de acordo com qualquer modalidade A, em que o canal microfluídico define uma área de corte transversal menor do que 1 mm2 e a abertura de luz tem uma largura menor do que 1 mm para definir a área de detecção.
[0167] Na modalidade A14, um sistema compreende um separador de combustível e água que compreende um alojamento que define um volume de coleta de água. O volume de coleta de água é conectado de forma fluida a uma linha de combustível de motor e conectado de forma fluida a uma saída de drenagem de água. O sistema também compreende uma fonte de luz configurada para direcionar um feixe de luz em uma banda de frequência ao longo de um percurso através do volume de coleta de água. A banda de frequência é selecionada para ser absorvida pela água. O sistema compreende adicionalmente um detector de luz posicionado para receber o feixe de luz em uma área de detecção após passar através de pelo menos parte do volume de coleta de água. O detector de luz é configurado para fornecer um sinal que representa uma quantidade de luz na banda de frequência. O sistema compreende adicionalmente um controlador acoplado operacionalmente ao detector de luz e configurado para determinar se água é detectada com base no sinal.
[0168] Na modalidade A15, um sistema compreende o sistema de acordo com a modalidade A14, em que: a fonte de luz e o detector de luz são posicionados para definir um nível de água limite no volume de coleta de água e o controlador é configurado para determinar que a água no volume de coleta de água tenha atingido o nível de água limite em resposta ao sinal ou a fonte de luz e o detector de luz são posicionados para medir um nível de água no volume de coleta de água e o controlador é configurado para determinar o nível de água em resposta ao sinal.
[0169] Na modalidade B1, um sistema compreende um canal microfluídico configurado para receber um fluxo de fluido de hidrocarboneto. O canal microfluídico tem uma área de corte transversal dimensionada para receber uma gotícula de água em um momento em que uma gotícula de água de um tamanho predeterminado é dispersa no fluido de hidrocarboneto. O sistema também compreende uma fonte de luz posicionada fora do canal microfluídico configurada para gerar luz em uma banda de frequência selecionada de modo que a gotícula de água tenha uma absorbância superior ao fluido de hidrocarboneto na banda de frequência selecionada. O sistema compreende adicionalmente um detector de luz sensível à banda de frequência selecionada posicionado fora do canal microfluídico e configurado para fornecer um sinal que representa uma quantidade de luz remanescente após passar através do canal microfluídico. O sistema compreende adicionalmente uma abertura de luz posicionada entre a fonte de luz e o detector de luz. A luz da fonte de luz que passa através da abertura de luz forma um feixe de luz que define um eixo geométrico do feixe que se estende através da fonte de luz, do canal microfluídico e do detector de luz. O sistema compreende adicionalmente um controlador conectado operacionalmente ao detector de luz e configurado para detectar uma ou mais gotículas de água dispersas no fluxo de fluido de hidrocarboneto com base no sinal do detector de luz que representa a quantidade de luz da fonte de luz remanescente após passar através do canal microfluídico e da abertura de luz.
[0170] Na modalidade B2, um sistema compreende o sistema de acordo com qualquer modalidade B, em que o controlador é configurado para determinar uma quantidade de água por unidade de volume excluindo a água dissolvida com base no sinal do detector de luz.
[0171] Na modalidade B3, um sistema compreende o sistema de acordo com qualquer modalidade B, em que o controlador é configurado para detectar a gotícula de água de tamanho predeterminado que tem um volume correspondente a um diâmetro esférico em uma faixa de 10 a 1.000 micrômetros com base no sinal do detector de luz.
[0172] Na modalidade B4, um sistema compreende o sistema de acordo com qualquer modalidade B, em que o controlador é configurado para fornecer um sinal de manutenção em resposta à detecção de água no fluido de hidrocarboneto com base no sinal do detector de luz.
[0173] Na modalidade B5, um sistema compreende o sistema de acordo com qualquer modalidade B, que compreende adicionalmente uma linha de combustível configurada para fornecer combustível como o fluido de hidrocarboneto para um injetor de combustível, em que o canal microfluídico está em comunicação fluida em paralelo com a linha de combustível.
[0174] Na modalidade B6, um sistema compreende o sistema de acordo com a modalidade B5, que compreende adicionalmente um filtro de combustível configurado para filtrar água de gasolina ou diesel combustível posicionado ao longo da linha de combustível.
[0175] Na modalidade B7, um sistema compreende o sistema de acordo com a modalidade B6, que compreende adicionalmente uma bomba de combustível em comunicação fluida com a linha de combustível, em que a bomba de combustível é configurada para fornecer fluxo de combustível para o injetor de combustível ao longo da linha de combustível.
[0176] Na modalidade B8, um sistema compreende o sistema de acordo com qualquer modalidade B, e compreende adicionalmente outro canal microfluídico posicionado entre a fonte de luz e o detector de luz. O controlador é configurado adicionalmente para detectar uma ou mais gotículas de água dispersas em um fluxo de fluido de hidrocarboneto através de outro canal microfluídico com base no sinal do detector de luz.
[0177] Na modalidade C1, um sensor compreende um canal microfluídico dimensionado para receber um fluxo de fluido. O canal microfluídico tem uma área de corte transversal dimensionada para receber uma gotícula de líquido em um momento em que uma gotícula de líquido de um líquido diferente de um tamanho predeterminado é dispersa no fluido. O sensor também compreende uma fonte de luz posicionada fora do canal microfluídico configurada para gerar luz em uma banda de frequência selecionada de modo que as gotículas tenham uma absorbância diferente do líquido diferente na banda de frequência selecionada. O sensor compreende adicionalmente um detector de luz sensível à banda de frequência selecionada posicionado fora do canal microfluídico e configurado para fornecer um sinal que representa uma quantidade de luz remanescente após passar através do canal microfluídico. O sensor compreende adicionalmente uma abertura de luz posicionada entre a fonte de luz e o detector de luz. A luz da fonte de luz que passa através da abertura de luz forma um feixe de luz que define um eixo geométrico do feixe que se estende através da fonte de luz, do canal microfluídico e do detector de luz. Uma largura da abertura de luz e o detector de luz definem uma área de detecção. O sensor compreende adicionalmente um controlador conectado operacionalmente ao detector de luz e configurado para determinar uma taxa de gotículas através da área de detecção do canal microfluídico com base no sinal do detector de luz que representa a quantidade de luz da fonte de luz remanescente após passar pelo canal microfluídico e pela abertura de luz.
[0178] Na modalidade C2, um sensor compreende o sensor de acordo com qualquer modalidade C, em que o controlador é configurado para determinar a taxa de gotícula ou um tamanho de gotícula com base em pelo menos um dentre: uma magnitude de um pulso contido dentro do sinal, uma largura de um pulso contido dentro do sinal, um primeiro nível limite de sinal para detectar uma gotícula de tamanho mínimo na área de detecção, um segundo nível limite de sinal para detectar uma gotícula que preenche a área de detecção e uma taxa de cruzamento de nível limite de sinal.
[0179] Na modalidade C3, um sensor compreende o sensor de acordo com qualquer modalidade C, em que o controlador é configurado para determinar uma quantidade de gotícula de líquido por unidade de volume com base na taxa de gotícula e tamanho de gotícula.
[0180] Na modalidade C4, um sensor compreende o sensor de acordo com qualquer modalidade C, em que o controlador é configurado para determinar o tamanho da gotícula com base na magnitude de um pulso contido dentro do sinal quando o nível de sinal não cruza o segundo nível limite de sinal.
[0181] Na modalidade C5, um sensor compreende o sensor de acordo com qualquer modalidade C, em que o controlador é configurado para determinar o tamanho da gotícula com base na largura de um pulso contido dentro do sinal quando o nível de sinal cruza o segundo nível limite de sinal.
[0182] Na modalidade C6, um sensor compreende o sensor de acordo com qualquer modalidade C, em que o controlador é configurado para determinar um tamanho de gotícula com base na taxa de gotícula.
[0183] Na modalidade D1, um sensor de gotícula de água compreende um canal microfluídico que define uma área de corte transversal menor do que 1 mm2, uma fonte de luz posicionada fora do canal microfluídico configurada para gerar luz em uma banda de frequência infravermelha próxima, um detector de luz sensível à banda de frequência posicionado fora do canal microfluídico e configurado para fornecer um sinal que representa uma quantidade de luz remanescente após passar através do canal microfluídico e uma abertura de luz posicionada entre a fonte de luz e o detector de luz. A luz da fonte de luz que passa através da abertura de luz forma um feixe de luz que define um eixo geométrico do feixe que se estende através da fonte de luz, do canal microfluídico e do detector de luz. A abertura tem uma largura inferior a 1 mm. O sensor também compreende um controlador conectado operacionalmente ao detector de luz e configurado para detectar uma ou mais gotículas de água dispersas em um fluxo de fluido de hidrocarboneto com base no sinal do detector de luz que representa a quantidade de luz da fonte de luz remanescente após a passar através do canal microfluídico e da abertura de luz.
[0184] Na modalidade D2, um sensor compreende o sensor de acordo com qualquer modalidade D, em que a fonte de luz é configurada para gerar luz centrada na faixa de 1.400 a 1.600 nanômetros.
[0185] Na modalidade D3, um sensor compreende o sensor de acordo com qualquer modalidade D, em que um comprimento de percurso do feixe de luz da abertura de luz para o detector de luz é menor ou igual a 1.000 micrômetros.
[0186] Na modalidade D4, um sensor compreende o sensor de acordo com qualquer modalidade D, em que pelo menos uma dentre uma largura de canal do canal microfluídico e a largura da abertura é menor ou igual a 500 micrômetros.
[0187] Na modalidade D5, um sensor compreende o sensor de acordo com qualquer modalidade D, em que uma profundidade de canal do canal microfluídico é menor ou igual a uma largura de canal do canal microfluídico.
[0188] Na modalidade D6, um sensor compreende o sensor de acordo com qualquer modalidade D, em que a largura da abertura é menor ou igual a uma largura de canal do canal microfluídico.
[0189] Assim, várias modalidades dos SENSORES DE GOTÍCULA PARA SISTEMAS DE COMBUSTÍVEL são reveladas. Embora seja feita referência no presente documento ao conjunto de desenhos que fazem parte desta revelação, pelo menos um de habilidade comum na técnica reconhecerá que várias adaptações e modificações das modalidades descritas no presente documento estão dentro ou não se afastam do escopo desta revelação. Por exemplo, os aspectos das modalidades descritas no presente documento podem ser combinados de várias maneiras uns com os outros. Portanto, deve ser compreendido que, dentro do escopo das reivindicações anexas, a invenção reivindicada pode ser praticada de outra forma que não explicitamente descrita no presente documento.
[0190] Todas as referências e publicações citadas no presente documento são incorporadas expressamente no presente documento a título de referência em sua totalidade nesta revelação, exceto na medida em que possam contradizer diretamente esta revelação.
[0191] Todos os termos científicos e técnicos usados no presente documento têm significados comumente usados na técnica, a menos que especificado de outra forma. As definições fornecidas no presente documento são para facilitar a compreensão de certos termos usados frequentemente no presente documento e não se destinam a limitar o escopo da presente revelação.
[0192] Salvo indicação em contrário, todos os números que expressam tamanhos, quantidades e propriedades físicas de recursos usados na especificação e reivindicações podem ser entendidos como sendo modificados pelo termo "exatamente" ou "cerca de". Por conseguinte, a menos que indicado o contrário, os parâmetros numéricos estabelecidos na especificação acima e nas reivindicações anexas são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas que aqueles versados na técnica buscam obter com o uso dos ensinamentos revelados no presente documento ou, por exemplo, dentro de intervalos típicos de erro experimental.
[0193] A recitação de faixas numéricas por pontos finais inclui todos os números incluídos nessa faixa (por exemplo, 1 a 5 inclui 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4 e 5) e qualquer faixa dentro dessa faixa. No presente documento, os termos "até" ou "menor ou igual a" um número (por exemplo, até 50) incluem o número (por exemplo, 50) e o termo "não menor do que" um número (por exemplo, não menor do que 5) inclui o número (por exemplo, 5).
[0194] Os termos "acoplado" ou "conectado" se referem a elementos que são fixados um ao outro diretamente (em contato direto entre si) ou indiretamente (que têm um ou mais elementos entre e que fixam os dois elementos). Qualquer um dos termos pode ser modificado por "operativamente" e "operacionalmente", que podem ser usados indistintamente, para descrever que o acoplamento ou conexão é configurado para permitir que os componentes interajam para realizar pelo menos alguma funcionalidade (por exemplo, o controlador do sensor pode ser operativamente conectado ao computador veicular para enviar e receber dados).
[0195] Termos relacionados à orientação, como "topo", "fundo", "a montante" e "a jusante", são usados para descrever as posições relativas dos componentes e não se destinam a limitar a orientação das modalidades contempladas.
[0196] Referência a "uma (1) modalidade", "uma modalidade", "certas modalidades" ou "algumas modalidades", etc., significa que um determinado recurso, configuração, composição ou característica descrita em conexão com a modalidade está incluída em pelo menos uma modalidade da revelação. Assim, as aparições de tais frases em vários lugares ao longo do relatório não se referem necessariamente à mesma modalidade da revelação. Além disso, os recursos, configurações, composições ou características particulares podem ser combinados em qualquer modo adequado em uma ou mais modalidades.
[0197] Como usado neste relatório descritivo e nas reivindicações anexas, as formas singulares "um", "uma" e "o/a" abrangem modalidades com referentes plurais, a menos que o conteúdo indique claramente o contrário. Como usado neste relatório descritivo e nas reivindicações anexas, o termo "ou" é geralmente empregado em seu sentido que inclui "e/ou", a menos que o conteúdo indique claramente o contrário.
[0198] Tal como usado no presente documento, "tem", "que tem", "inclui", "que inclui", "compreende", "que compreende" ou similares são usados em seu sentido aberto e geralmente significam "que inclui, porém, sem limitação". Será entendido que "que consiste essencialmente em", "que consiste em" e semelhantes são incluídos em "que compreende" e similares.
[0199] As expressões "pelo menos um de", "compreende pelo menos um de" e "um ou mais de" seguidas por uma lista se referem a qualquer um dos itens na lista e qualquer combinação de dois ou mais itens na lista.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES
1. Sistema CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um canal microfluídico configurado para receber um fluxo de um primeiro fluido e um segundo fluido disperso no primeiro fluido, em que o segundo fluido tem uma composição diferente do primeiro fluido; uma fonte de luz configurada para direcionar um feixe de luz em uma banda de frequência ao longo de uma trajetória através do canal microfluídico, em que a banda de frequência é selecionada para ter uma absorbância mais alta pelo segundo fluido do que pelo primeiro fluido; um elemento de passagem que define uma passagem de luz posicionada na trajetória do feixe de luz a partir da fonte de luz; um detector de luz posicionado para receber o feixe de luz em uma área de detecção após passar através do canal microfluídico e da passagem de luz, em que o detector de luz é configurado para fornecer um sinal que representa uma quantidade de luz na banda de frequência que permanece após passar através do canal microfluídico; e um controlador operacionalmente acoplado ao detector de luz e configurado para determinar se o segundo fluido está na forma de gotícula com base no sinal.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador é adicionalmente configurado para determinar uma quantidade de segundo líquido na forma de gotícula por volume unitário de primeiro fluido com base no sinal, em que a quantidade opcionalmente exclui o segundo fluido dissolvido no primeiro fluido.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente um controlador operacionalmente conectado ao detector de luz e configurado para detectar uma taxa de gotícula ou um tamanho de gotícula de uma ou mais gotículas do segundo fluido disperso no fluxo do primeiro fluido com base no sinal.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador é adicionalmente configurado para determinar a taxa de gotícula ou o tamanho de gotícula com base em pelo menos um dentre: uma magnitude de um pulso contido dentro do sinal, uma largura de um pulso contido dentro do sinal, um primeiro nível de sinal limite para detectar uma gotícula de tamanho mínimo na área de detecção, um segundo nível de sinal limite para detectar uma gotícula que preenche a área de detecção e uma taxa de cruzamento de nível de sinal limite.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador é adicionalmente configurado para determinar pelo menos um dentre: uma quantidade de segundo líquido na forma de gotícula por volume unitário de primeiro fluido com base na taxa de gotícula e tamanho de gotícula; o tamanho de gotícula com base na magnitude de um pulso contido dentro do sinal em resposta ao sinal que não ultrapassa o segundo nível de sinal limite; o tamanho de gotícula com base na largura de um pulso contido dentro do sinal em resposta ao sinal que ultrapassa o segundo nível de sinal limite; e o tamanho de gotícula com base na taxa de gotícula.
6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o canal microfluídico é pelo menos um dentre: em comunicação fluida paralela com um fluxo principal de uma linha de combustível; pelo menos parcialmente submerso no fluxo principal da linha de combustível, em que uma entrada do canal microfluídico está posicionada no fluxo principal da linha de combustível ou a entrada e uma saída do canal microfluídico está posicionada no fluxo principal da linha de combustível; e definido entre dois ou mais componentes ópticos selecionados dentre: a fonte de luz, o detector de luz, a passagem de luz, um canal de luz, uma lente e um substrato de canal microfluídico separado.
7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o canal microfluídico compreende um bocal convergente-divergente.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que: o bocal convergente-divergente do canal microfluídico compreende uma porção de entrada contrátil e uma porção de saída expansível ao longo de uma direção do fluxo; e opcionalmente em que um comprimento da porção de entrada contrátil é mais curto que um comprimento da porção de saída expansível.
9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador é adicionalmente configurado para detectar uma gotícula do segundo líquido de um tamanho predeterminado que tem um volume equivalente a uma gotícula do segundo líquido que tem um diâmetro esférico em uma faixa de 10 até 1.000 micrômetros.
10. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro fluido compreende um fluido de hidrocarboneto, e o segundo fluido compreende água.
11. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um dentre: uma linha de combustível configurada para entregar combustível a um injetor de combustível; um filtro de combustível configurado para filtrar água de gasolina ou combustível diesel posicionado ao longo da linha de combustível; e uma bomba de combustível em comunicação fluida com a linha de combustível, em que a bomba de combustível é configurada para fornecer fluxo de combustível ao injetor de combustível ao longo da linha de combustível.
12. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente outro canal microfluídico posicionado entre a fonte de luz e o detector de luz.
13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o canal microfluídico define uma área em corte transversal menor que 1 mm2 e a passagem de luz tem uma largura menor que 1 mm para definir a área de detecção.
14. Sistema CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um separador de combustível e água que compreende um alojamento que define um volume de coleta de água, em que o volume de coleta de água está conectado de modo fluido a uma linha de combustível de motor e conectado de modo fluido a uma saída de dreno de água; uma fonte de luz configurada para direcionar um feixe de luz em uma banda de frequência ao longo de uma trajetória através do volume de coleta de água, em que a banda de frequência é selecionada para ser absorvida por água; um detector de luz posicionado para receber o feixe de luz em uma área de detecção após passar através de pelo menos parte do volume de coleta de água, em que o detector de luz é configurado para fornecer um sinal que representa uma quantidade de luz na banda de frequência; e um controlador operacionalmente acoplado ao detector de luz e configurado para determinar se água é detectada com base no sinal.
15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que:
a fonte de luz e o detector de luz são posicionados para definir um nível de água limite no volume de coleta de água e o controlador é configurado para determinar que a água no volume de coleta de água atingiu o nível de água limite em resposta ao sinal; ou a fonte de luz e o detector de luz são posicionados para medir um nível de água no volume de coleta de água, e o controlador é configurado para determinar o nível de água em resposta ao sinal.
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