BR202018072291U2 - Disposição construtiva introduzida em sensor/sonda de medição de taxa de corrosão por resistência elétrica - Google Patents
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Abstract
refere-se a patente de modelo de utilidade de disposição construtiva introduzida em sensor ou sonda de medição de taxa de corrosão por resistência elétrica aplicado no campo industrial para sistemas com dutos, tubulações e equipamentos que objetiva obtenção de maior precisão nas medidas das taxas de corrosão e melhor resultado na velocidade de resposta, através de um eletrodo de corrosão (1), um eletrodo de referência (2) de mesmo material e geometrias semelhantes, que serão sobrepostos com uma fina camada isolante (3) de polímero entre eles com vantagens de maior velocidade de medição, maior precisão de medição, maior confiabilidade no monitoramento, simplicidade, sensibilidade às mudanças operacionais e ao regime do fluxo, além disso, através do perfil de taxa de corrosão é possível atuar nas variáveis do processo para minimizar a corrosão.
Description
“DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA INTRODUZIDA EM SENSOR/SONDA DE MEDIÇÃO DE TAXA DE CORROSÃO POR RESISTÊNCIA ELÉTRICA”
[01] Refere-se a presente patente de modelo de utilidade a disposição construtiva introduzida em sensor ou sonda de medição de taxa de corrosão por resistência elétrica aplicado no campo industrial para sistemas com dutos, tubulações e equipamentos com a finalidade de fornecer as variações das taxas de corrosão do sistema, que objetiva obtenção de maior precisão nas medidas das taxas de corrosão e melhor resultado na velocidade de resposta, com vantagens de maior velocidade de medição, maior precisão de medição, maior confiabilidade no monitoramento, simplicidade, sensibilidade às mudanças operacionais e ao regime do fluxo, além disso, através do perfil de taxa de corrosão é possível atuar nas variáveis do processo para minimizar a corrosão.
[02] Como é de conhecimento do ramo técnico de sensores de corrosão atualmente os sensores são de materiais e geometrias diferentes e com muitos ruídos de interferência, possuindo uma medição limitada, sendo ela muitas vezes demorada e com baixa precisão.
[03] O princípio de funcionamento deste tipo de dispositivo se baseia na variação da resistência elétrica de um elemento sensor em função da sua perda de massa causada pela corrosão, compensadas pelas variações de resistividade causadas pela temperatura, através de um elemento de referência.
[04] As variações da resistência elétrica são medidas cumulativamente ao longo do tempo, tendo-se como base a medida inicial do sensor. Na prática, os equipamentos empregados fazem a conversão automática da resistência elétrica em perda de massa ou de espessura do ponto de medição.
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[05] A sonda ou sensor de resistência elétrica pode ser utilizada em qualquer tipo de meio para determinar a taxa de corrosão uniforme, obtendo-se a perda de massa acumulada no período da leitura.
[06] Fazendo-se buscas nos bancos de patentes brasileiro e internacionais, encontramos as seguintes revelações:
[07] Patente brasileira BR 11 2015 017177 0 “Sistemas e métodos para monitorar e controlar corrosão em sistemas de água quente” A invenção diz respeito a sistemas e métodos para monitorar e controlar um potencial de oxidação - redução em tempo real em um sistema de água quente parra inibir corrosão no sistema de água quente. O método inclui definir uma ou mais zonas de proteção operacional no sistema de água quente. Uma ou mais das zonas de proteção operacional incluem uma sonda de potencial de oxidação - redução que é operável para medir um potencial de oxidação - redução em tempo real no sistema de água quente na temperatura e pressão de operação. A sonda transmite o potencial medido em tempo real para o controlador, o qual avalia e interpreta o potencial transmitido para determinar se ele está de acordo com uma configuração de potencial de oxidação - redução. Se o potencial medido não estiver de acordo com a configuração de potencial de oxidação - redução, o controlador é operável para Alimentar ou remover uma ou mais espécies químicas ativas para o a partir do sistema de água quente e adicionalmente operável para alterar pelo menos um parâmetro do sistema.
[08] Patente estadunidense 7,061,255 “Sistema de monitoramento da corrosão”. Um sistema para monitorar a corrosão em metal comparando uma amostra de teste exposta a um ambiente causador de corrosão e uma amostra de referência exposta a um ambiente protegido. Uma fonte de tensão CA gera um sinal de onda quadrada oscilando entre o terra e
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3/11 a tensão Vcc e um filtro é posicionado para filtrar o sinal para produzir uma onda senoidal sem componente de segundo harmônico. Uma fonte de corrente acionada por tensão e um amplificador inversor produzem uma corrente referenciada a 0,5 Vcc para fornecer uma corrente CA da tensão de acionamento acionada sinusoidalmente e simetricamente acima e abaixo de 0,5 Vcc. Um transformador aumenta a corrente alternada e depois transmite a corrente através das amostras para um amplificador para amplificar a corrente para fornecer saídas em uma proporção que representa o grau de corrosão da amostra de referência. O sistema pode operar in situ para medição no local e usa corrente relativamente baixa para permitir operação longa.
[09] Patente estadunidense 8,052,324 “Termopares de cerâmica de filme fino” Um termopar de cerâmica de película fina (10) tendo dois termopares de cerâmica (12, 14) que estão em contacto um com o outro em pelo menos um ponto para formar uma junção, e em que cada elemento foi preparado num plasma diferente de oxigênio / azoto / árgon. Uma vez que cada elemento é preparado sob diferentes condições de plasma, eles têm diferentes condutividade elétrica e diferentes concentrações de portadores de carga. O termopar de filme fino (10) pode ser transparente. Um sistema de sensor de cerâmica versátil com um sensor de fluxo de calor RTD pode ser combinado com um termopar e um sensor de deformação para produzir um arranjo de sensores de cerâmica multifuncional. O sensor de temperatura de cerâmica transparente que pode ser utilizado para calibração de sensores ópticos.
[10] Patente inglesa GB2504214 “Sensor de corrosão da fenda” Um sensor para medir a corrosão sob fresta de metais imersos num recipiente contendo fluido, compreendendo o sensor um corpo cilíndrico e um comprimento de fio metálico nu passando ao longo e dentro
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4/11 de uma ranhura no corpo. A ranhura pode ser helicoidal e o sensor pode incluir um corpo interior de diâmetro diferente com um fio numa ranhura correspondente. Uma abertura para reter detritos num fluxo de fluido pode ser incluída. Um método para prever a corrosão em um vaso contendo fluido também é descrito, incluindo as etapas de fornecer um sensor de corrosão, imergindo pelo menos parte dele no vaso e medindo a resistência elétrica do fio, e as primeira e segunda derivadas do resistência em relação ao tempo. O vaso pode ser um tubo ou qualquer parte de um sistema que transporta fluido num edifício, tal como água aquecida ou refrigerada, um sistema de aspersão ou qualquer sistema que transporta fluido, tal como numa instalação química, refinaria ou instalação de dessalinização.
[11] Patente estadunidense US2009195260 “Sensor de corrosão resistência elétrica de baixo perfil” Um sensor de corrosão de resistência elétrica fino e estreito define as resistências de medição, referência e verificação como partes dispostas em série de um elemento de resistência de metal fino, como um elemento de aço carbono ou ferro dúctil, com propriedades metalúrgicas que combinam com uma estrutura corrosível. de interesse, como um oleoduto enterrado no chão. O elemento de resistência ligado a um substrato estrutural no condutivo fino, comprido e estreito ao qual também ligado um feixe de cabos planos que inclui condutores ligados as extremidades do elemento de resistência e a localizadores seleccionadas do elemento entre as suas extremidades. O elemento de resistência, o substrato, o chicote de fios e suas conexões ao elemento de resistência são encapsulados por um revestimento protetor não condutor, exceto sobre a área do resistor de medição, de modo que esse resistor possa ser exposto ao ambiente adjacente. O sensor pode ser usado com instrumentos convencionais de medição de corrosão. Arranjos para uso de vários sensores para medir a corrosão devido à corrente contínua em uma
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5/11 estrutura de interesse, e para medir a corrosão devido a correntes alternadas nessa estrutura, também são descritos.
[12] Patente estadunidense US6564620 “Visualmente, indicando detecção de corrosão” Sensores de corrosão e métodos de seu uso para monitorar a corrosão de um material de interesse. Os sensores de corrosão são adaptados para serem colocados no ambiente contendo o material de interesse durante o período em que a corrosão está ocorrendo. Os sensores de corrosão incluem uma fonte de energia, um indicador visual e um eletrodo contido em um suporte. Alterações na resistência elétrica do eletrodo facilitam a exibição no indicador visual, incluindo mudanças na cor ou no brilho. Alguns sensores de corrosão possuem fontes de energia ativadas direcionando uma fonte de luz ou outra fonte de radiação eletromagnética no sensor de corrosão. Alguns sensores de corrosão possuem indicadores visuais contendo materiais termocrômicos ou eletrocrômicos que respondem a mudanças na queda de tensão ou no fluxo de corrente através do indicador visual. Alguns sensores de corrosão possuem dispositivos de rastreamento para fornecer informações de rastreamento sobre o sensor de corrosão. Alguns sensores de corrosão possuem sensores de proximidade para inibir a exibição do indicador visual quando não estão próximos a um gatilho.
[13] Patente estadunidense US5627749 “Ferramenta de monitoramento de corrosão” Uma ferramenta para monitorar os níveis de corrosão dentro de um poço é particularmente adequada para monitoramento remoto por longos períodos. A ferramenta de monitoramento utiliza um sensor de corrosão de parede de resistência elétrica de parede fina para determinar a taxa de perda de metal dentro do poço. O sensor de corrosão é de preferência feito do mesmo material que a tubulação de produção ou tubo de perfuração do poço e é posicionado para permitir que o
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6/11 fluido dentro do poço flua sobre o sensor na mesma velocidade que o fluido flui sobre a tubulação. Um elemento de referência é incorporado ao sensor de corrosão para fornecer compensação de temperatura primária. Um sensor de temperatura fornece dados de temperatura e permite compensação secundária de temperatura para o sensor de corrosão. Uma unidade de processamento central lê e armazena os dados dos três sensores na memória de estado sólido. A sonda grava dados em intervalos de tempo programáveis. Após a recuperação da sonda do poço, a sonda pode ser conectada a um computador para o download dos dados brutos e posterior análise.
[14] Patente estadunidense US6946855 “Sensor de resistência elétrica e aparelhos para monitoramento de corrosão x” Um aparelho (1) é revelado para monitorar o efeito em um material de exposição a um fluido e, desse modo, monitorar o efeito em uma seção do tubo (9) para transportar o fluido. O aparelho inclui um elemento sensor (51) exposto ao fluido e formado como um anel do material coaxialmente montado dentro, mas isolado eletricamente da seção do tubo (9). Mudanças na resistência elétrica do elemento sensor (51) são monitoradas. De preferência, o aparelho iambi/,/2 inclui um elemento de referência (31) isolado eletricamente do tubo (9), ligado eletricamente em série ao elemento sensor (51) e protegido da exposição ao fluido. Os elementos podem ser ambos feitos do mesmo material que 0 tubo (9) e, como estão contidos dentro dele, experimentam as mesmas variações de temperatura e pressão que 0 tubo (9). Desta maneira, uma alteração na resistência do elemento sensor (51) causada pela corrosão / erosão pelo fluido indica com precisão 0 grau de corrosão / erosão do tubo (9) que transporta 0 fluido.
[15] Patente Japonesa JPS58178246 “Sonda de monitoração de corrosão” OBJETIVO: Localizar a distribuição da corrente de fluxo dentro de um pite e conhecer a velocidade de corrosão ou
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7/11 resistência de polarização do mesmo para detectar uma corrosão local progredindo sob a sonda, através da constituição de uma sonda de formato rv F especial por alguns eletrodos. CONSTITUIÇÃO: É necessário que a área superficial de um eléctrodo insolúvel oposto 2 seja maior do que pelo menos uma corrosão ou semelhante a ser medida. É desejável selecionar a área de superfície do eletrodo pareado para não ser menor que 10 cm2, já que uma cavidade a ser medida tem um diâmetro máximo de cerca de 3 cm. Uma câmara de eléctrodos emparelhada 3 num recipiente isolador eléctrico 1 é desejavelmente um recipiente com um volume não inferior a 60 ml. Um furo de minuto 4 é fornecido na superfície da parede do recipiente correspondente ao eletrodo emparelhado. A redução do diâmetro mínimo de 4 em diâmetro possibilita a obtenção de um excelente poder de resolução. O diâmetro é de preferência 0,05-1 mm. em consideração à praticidade. Para um eletrodo de referência 7, qualquer material pode ser empregado, desde que seja estável na água do mar e em outro ambiente. A execução de um monitoramento da velocidade de corrosão de acordo com o método de resistência à polarização pelo uso desta sonda torna possível detectar diretamente uma corrosão em uma estrutura corroída pela água do mar ou outro líquido.
[16] Os sensores atuais e revelados por patentes apresentam inconvenientes, limitações e desvantagens de: menor velocidade de medição; menor precisão de medição; limitação de monitoramento de corrosão fazendo somente medições qualitativas; muitos dos sensores/dispositivos atuais mede taxas de corrosão imprecisas, servindo apenas como indicativo dos processos de corrosão interna e sendo necessária sua validação por meio de outros métodos; falta de confiabilidade no monitoramento; e baixa velocidade de resposta a pequenas taxas de corrosão.
[17] “Disposição construtiva introduzida em sensor/sonda de medição de taxa de corrosão por resistência elétrica”, objeto
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8/11 da presente patente, foi desenvolvido para superar as limitações, os inconvenientes e as desvantagens dos sensores e sondas atuais, através de uma nova configuração dos eletrodos com o que foi possível reduzir sensivelmente o ruído de medição causado pelos efeitos de diferenciais de temperatura e consequentemente aumentar a sensibilidade na medição da taxa de corrosão e trazendo vantagens de maior velocidade de medição, maior precisão de medição, maior confiabilidade no monitoramento, simplicidade, sensibilidade as mudanças operacionais e ao regime do fluxo, além disso, através do perfil de taxa de corrosão é possível atuar na variáveis do processo para minimizar a corrosão.
[18] Com sobreposição de eletrodos geometricamente iguais de detecção de corrosão e de referência separados por uma fina camada de polímero como isolante elétrico, com a possibilidade de obter taxa de transferência de calor ou ganho de temperatura igual entre o eletrodo de detecção e de referência quando a temperatura do fluido do equipamento que está sendo medido a corrosão varia, aumentando a resolução de detecção da taxa de corrosão do sensor e diminuindo os ruídos de medição.
[19] Os sensores e sondas de medição de taxa de corrosão por resistência elétrica atuais apresentam os seguintes problemas técnicos que foram resolvidos pelo presente invento da seguinte maneira:
[20] A) Os sensores atuais detectam variações da taxa de corrosão com baixa velocidade e com baixa sensibilidade, limitando a medição de taxas de corrosão mais baixas a períodos maiores de medida, ou seja baixa velocidade de leitura, necessitando dias de medição para correção de parâmetros operacionais que influenciam na corrosão, como por exemplo na injeção de inibidores de corrosão. Resolvido pelo presente
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9/11 invento através de uma nova configuração com sobreposição de eletrodos de detecção de corrosão e de referência geometricamente iguais separados por uma fina camada de polímero como isolante elétrico, com o que foi possível obter taxa de transferência de calor igual entre o eletrodo de detecção, de referência e o fluido do equipamento, no qual está sendo medida a corrosão, e aumentando a resolução de detecção da taxa de corrosão do sensor e diminuindo os ruídos.
[21] B) Variáveis de processo do fluido contido em sistemas industriais, como dutos, tubulações e equipamentos, onde são medidas as variações das taxas de corrosão, não são detectadas rapidamente por causa da baixa sensibilidade e baixa velocidade de medição de corrosão nos sensores atuais. Resolvido pelo presente invento através de uma aproximação dos eletrodos de corrosão e referência tendo os dois uma mesma transferência de calor com o fluído em trabalho, sendo assim foi diminuído os ruídos de interferência da medição e consequentemente aumentada a sensibilidade.
[22] Para melhor compreensão do presente invento são anexados os seguintes desenhos:;
[23] FIGURA 1., que mostra a vista lateral dos eletrodos juntos com a película de polímero entre eles;
[24] FIGURA 2., que mostra a vista em perspectiva dos dois eletrodos e a película de polímero separados; e
[25] FIGURA 3., que representa o funcionamento do circuito, com os eletrodos ligados no modo que estão dispostos na patente.
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[26] O invento da presente patente consiste em dois eletrodos de mesmo material e geometrias semelhantes, que serão sobrepostos com uma fina camada de polímero entre eles.
[27] O eletrodo de referência fornece os dados como parâmetros para que seja realizada a medição da corrosão, no sistema em questão.
[28] O eletrodo de detecção de corrosão estará sujeito a corrosão com isso gerando uma diferença de resistência em relação ao eletrodo de referência que não sofrerá corrosão, assim dando os resultados esperados.
[29] De acordo com as figuras, mais especificamente o invento é constituído de um eletrodo de referência (2) de formato otimizado; eletrodo de detecção de corrosão (1) de formato otimizado semelhante ao do eletrodo (2); camada isolante (3) em polímero por exemplo (PTFE ,PoliTetraFluorEtileno, ou Teflon) com resistividade elétrica volumétrica, de no mínimo 1,0E+18 (1,0%1018) ohm.cm e com condutividade térmica no mínimo 0,2W/m.K de mesmo formato geométrico dos eletrodos, de espessura máxima de 200pm.
[30] O processo de funcionamento do invento da presente patente se dá na seguinte sequência:
[31] a) O sensor ou sonda de corrosão é instalado na tubulação, ficando o eletrodo em contato com o fluído trabalhado;
[32] b) Ocorre o registro dos parâmetro iniciais de maneira automática na memória do aparelho para ser realizada a comparação posteriormente;
[33] c) A temperatura é detectada pelo eletrodo de referência que irá compensar a variação de resistividade;
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[34] d) O eletrodo de corrosão está exposto ao fluido do sistema onde ocorre a corrosão, que ocasiona a variação da resistência do circuito; e
[35] e) Com a variação de resistência ao longo do tempo, em comparação aos parâmetros iniciais é determinada a corrosão causada pelo fluido da operação .
Claims (1)
1. “DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA
INTRODUZIDA EM SENSOR/SONDA DE MEDIÇÃO DE TAXA DE CORROSÃO POR RESISTÊNCIA ELÉTRICA”, constituído de, um eletrodo de referência (2) de formato otimizado, e um eletrodo de detecção de corrosão (1) de formato otimizado semelhante ao do eletrodo (2), caracterizado por, uma camada isolante (3) entre os eletrodos, em polímero com resistividade elétrica volumétrica, de no mínimo 1,0E+18 (1,0%1018) ohm.cm e com condutividade térmica de no mínimo 0,2W/m.K de mesmo formato geométrico dos eletrodos, de espessura máxima de 200gm .
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