BRPI0618170A2 - aparelho e método para a medição de assentamento de sólidos em um fluxo multifásico - Google Patents

Abstract

<b> APARELHO E MéTODO PARA A MEDIçãO DE ASSENTAMENTO DE SóLIDOS EM UM FLUXO MULTIFáSICO<d> Um aparelho e um método para a medição de um parâmetro de um fluxo passando através de um tubo são providos, onde o aparelho inclui pelo menos um arranjo espacial de dois sensores dispostos em localizações axiais diferentes ao longo do tubo, onde cada um dos sensores prove um sinal indicativo de pressão não permanente criada pelas estruturas coerentes em convecção com o fluxo no tubo em uma localização axial correspondente do tubo. O aparelho também inclui um processador de sinal configurado para a determinação da vazão na localização de circunferência de cada arranjo de sensores em resposta às respectivas pressões não permanentes medidas. O processador de sinal compara a velocidade do fluxo em cada respectiva localização e provê um sinal indicativo da presença de sólidos assentados no fundo do tubo e/ou o nível dos sólidos assentados no tubo, em resposta a um aumento não característico na velocidade de uma porção inferior do fluxo, em comparação com a velocidade medida acima da porção inferior do fluxo.

Description

APARELHO E MÉTODO PARA A MEDIÇÃO DE ASSENTAMENTO DE SÓLIDOSEM UM FLUXO MULTIFÃSICO

Referência Cruzada a Pedidos de Patente Relacionados

O presente pedido reivindica o beneficio do Pedido dePatente Provisória U.S. N0 de Série 60/733.575, depositadoem 3 de novembro de 2005; e é uma continuação em parte doPedido de Patente U.S. N0 11/077.709, depositado em 10 demarço de 2005, o qual reivindica o benefício do Pedido dePatente Provisória U.S. N0 de Série 60/522.164, depositadoem 10 de março de 2004, os quais são incorporados aqui comoreferência em sua totalidade.

Campo Técnico

Esta invenção se refere a um método e a um aparelhopara a medição de parâmetros de um fluxo multifásicocompreendendo uma mistura de sólidos e fluidos (porexemplo, um gás e um liquido) , tais como velocidade, nívelde estratificação, vazão volumétrica, presença deassentamento de sólidos, e/ou nível do assentamento desólidos em um tubo.

Antecedentes

Muitos processos industriais de fluxo de fluidoenvolvem o transporte de uma fração de massa alta demateriais sólidos de alto peso específico. Por exemplo, umprocesso conhecido como hidrotransporte é usado em muitasindústrias para o movimento de sólidos de um ponto para umoutro ponto. Neste processo, água é adicionada aos sólidose a mistura resultante é bombeada através de tubos dediâmetro tipicamente grande.

A operação de uma linha de hidrotransporte tipicamenteenvolve algum grau de estratificação, onde a velocidade defluxo próximo do fundo do tubo é menor do que a velocidadede fluxo próxima do topo do tubo. O nível de estratificaçãoneste fluxo (isto é, o grau de desvio no perfil develocidade a partir do topo do tubo até o fundo do tubo) édependente de numerosos parâmetros de material e deprocesso, tais como vazão, peso específico, tamanho detubo, tamanho de partículas e similares. Se o nível deestratif icação se estender até o ponto em que umavelocidade de deposição é atingida, os sólidos começam a seassentar no fundo do tubo e, se a condição não fordetectada e persistir, um bloqueio completo do tubo podeocorrer, resultando em altos custos associados ao tempoparado do processo, remoção do bloqueio e reparo de umequipamento danificado.

Para redução da chance de uma formação dispendiosa debloqueio, uma prática atual envolve a operação da tubulaçãoem uma velocidade de fluxo significativamente acima davelocidade de deposição crítica. Contudo, esta técnica temdois inconvenientes significativos, devido à operaçãonestas velocidades mais altas: 1) causa um uso de energiamais alto devido às perdas mais altas por atrito, e 2)causa um desgaste mais alto do tubo, devido à abrasão entreos o sólidos e a superfície interna do tubo. Esta técnicatambém pode ser indesejável devido ao alto consumo de água.Um meio confiável de medição de parâmetros, tais comovelocidade, nível de estratificação, vazão volumétrica,presença do assentamento de sólidos, e/ou nível doassentamento de sólidos em um tubo, permitiria que atubulação fosse operada a uma velocidade mais baixa,resultando em economias de energia e desgaste menor dotubo.

Existem várias tecnologias para a medição dosparâmetros físicos de um processo de fluxo industrial, ondeesses parâmetros físicos podem incluir, por exemplo, vazãovolumétrica, composição, consistência, peso específico evazão em massa. Embora as tecnologias existentes possam serbem adequadas para fluxos de diâmetro grande agressivos,estas tecnologias podem ser inadequadas para fluxosestratifiçados, os quais podem afetar de forma adversa aacurácia na medição dos parâmetros físicos do fluxo.

Várias técnicas não comerciais para a determinação doinício de deposição de sólidos em tubulações de suspensãosão descritas na literatura recente. Por exemplo, umatécnica usa um medidor de fluxo ultra-sônico de pendurarcomercial, operando em um modo de Doppler, com transmissõescodificadas e detecção de correlação cruzada, onde o pontode detecção para o medidor é regulado em um certo nível detubo, por exemplo, 10% acima do ponto de geratriz inferiorde tubo (isto é, o fundo do tubo para tubos horizontais) .

Uma correlação cruzada de um sinal de retorno ultra-sônicode porta de tempo permite a detecção de sinais refletidosapenas a partir do ponto de regulagem. Uma diminuição nacoerência entre os sinais transmitidos e recebidos indicacondições de fluxo não permanentes devido a uma deposiçãode sólidos.

Uma outra técnica não comercial mede a resistividadeelétrica aparente da suspensão próxima da geratriz inferiordo tubo, com uma mudança na resistividade indicando aformação de um leito de sólidos. Esta técnica foi julgadanão sendo muito bem sucedida devido à repetibilidade ruim,bem como a vários outros problemas.

Ainda uma outra técnica não comercial utiliza sondastérmicas de auto-aquecimento as quais são montadas nasuspensão. Uma suspensão em movimento remove temperatura das sondas, enquanto um leito de sólidos estacionário emtorno da solda faz com que o calor se acumule. Assim, umaelevação de temperatura é indicativa de deposição desólidos. Embora esta técnica seja promissora, ela é umatécnica invasiva, requerendo que as sondas térmicas sejamcolocadas no tubo. Essas técnicas invasivas têminconvenientes pelo fato de elas requererem que o processoseja parado para se permitir a instalação e a manutençãodas sondas.

Mais ainda, uma outra técnica envolve a instalação de um tubo curto com um diâmetro interno ligeiramente maior,onde um leito de sólidos estacionário tem permissão para seformar e é mantido como um controle, enquanto a tubulaçãoprincipal é operada sem um leito de sólidos. O leito desólidos de controle então é monitorado por meio de uma oumais das técnicas descritas acima. Um aumento na altura doleito de controle então indica a formação provável de umleito deslizante na tubulação principal, o que é umprecursor de um leito estacionário e de um eventualbloqueio. Quando a altura do leito de sólidos de controleaumenta além de um certo limite, a vazão pode ser aumentadapara se evitar uma deposição de sólidos.

Assim, resta uma necessidade de um método e de umaparelho para a medição de parâmetros de um fluxoestratifiçado, tais como velocidade, nível deestratificação, vazão volumétrica, presença da deposição desólidos e/ou nível da deposição de sólidos em um tubo.Sumário da Invenção

Um aparelho para a medição de um parâmetro de um fluxopassando através de um tubo é provido, onde o aparelhoinclui um primeiro arranjo espacial de pelo menos doissensores dispostos em localizações axiais diferentes aolongo do tubo, cada um dos sensores no primeiro arranjoprovendo um primeiro sinal indicativo de uma pressão nãopermanente criada por estruturas coerentes criandoconvecção com uma porção do fluxo passando através de umaprimeira porção do tubo. O aparelho também inclui umsegundo arranjo espacial de pelo menos dois sensoresdispostos em localizações axiais diferentes ao longo dotubo, cada um dos sensores no segundo arranjo provendo umsegundo sinal indicativo de uma pressão não permanentecriada por estruturas coerentes criando convecção com umaporção do fluxo passando através de uma segunda porção dotubo, a primeira porção do tubo estando localizada acima dasegunda porção do tubo. Adicionalmente, o aparelho incluipelo menos um processador de sinal configurado para adeterminação de uma primeira velocidade do fluxo passandoatravés da primeira porção do tubo usando os primeirossinais, para a determinação de uma segunda velocidade dofluxo passando através da segunda porção do tubo usando ossegundos sinais, e comparação das primeira e segundavelocidades para a determinação do parâmetro do fluxo.

Mais ainda, um aparelho para a medição de um parâmetrode um fluxo passando através de um tubo é provido, onde oaparelho inclui pelo menos um arranjo espacial de sensoresdispostos em localizações axiais diferentes ao longo dotubo, onde cada um dos sensores provê um sinal indicativode uma pressão não permanente criada por estruturascoerentes criando convecção com o fluxo no tubo em umalocalização axial correspondente do tubo e um processadorde sinal configurado para a identificação de uma velocidadede convecção maior e uma localização da velocidade deconvecção maior, onde a velocidade de convecção maior éindicativa de uma estratificação do fluxo, e onde alocalização da velocidade de convecção maior é indicativade um nível de estratificação do fluxo.

Mais ainda, um método para a medição de um parâmetrode um fluxo passando através de um tubo usando um aparelhoé provido, onde o aparelho inclui um primeiro arranjoespacial de pelo menos dois sensores dispostos emlocalizações axiais diferentes ao longo do tubo, cada umdos sensores no primeiro arranjo provendo um primeiro sinalindicativo de uma pressão não permanente criada porestruturas coerentes criando convecção com uma porção dofluxo passando através de uma primeira porção do tubo. Oaparelho também inclui um segundo arranjo espacial de pelomenos dois sensores dispostos em localizações axiaisdiferentes ao longo do tubo, cada um dos sensores nosegundo arranjo provendo um segundo sinal indicativo de umapressão não permanente criada por estruturas coerentescriando convecção com uma porção do fluxo passando atravésde uma segunda porção do tubo, a primeira porção do tuboestando localizada acima da segunda porção do tubo.Adicionalmente, o aparelho inclui pelo menos um processadorde sinal configurado para a determinação de uma primeiravelocidade do fluxo passando através da primeira porção dotubo usando os primeiros sinais, para a determinação de umasegunda velocidade do fluxo passando através da segundaporção do tubo usando os segundos sinais, e comparação dasprimeira e segunda velocidades para a determinação doparâmetro do fluxo. 0 método inclui a determinação de umaprimeira velocidade do fluxo passando através da primeiraporção do tubo usando os primeiros sinais, a determinaçãode uma segunda velocidade do fluxo passando através dasegunda porção do tubo usando os segundos sinais, e acomparação das primeira e segunda velocidades para adeterminação do parâmetro do fluxo.

Breve Descrição dos Desenhos

Com referência, agora, aos desenhos, os recursos evantagens precedentes e outros da presente invenção serãomais plenamente entendidos a partir da descrição detalhadaa seguir das modalidades ilustrativas, tomada em conjuntocom os desenhos associados, nos quais elementos iguais sãonumerados da mesma forma:

a Figura Ia é um diagrama esquemático de um aparelhopara a determinação de pelo menos um parâmetro associado aum fluido estratifiçado fluindo em um tubo, de acordo com apresente invenção.

A Figura Ib é um diagrama esquemático de uma unidadede processamento do aparelho da Figura la.

A Figura 2 descreve uma seção transversal (radial) doaparelho da Figura Ia.

A Figura 3 descreve um gráfico da velocidadenormalizada para os arranjos de topo e de fundo no aparelhoda Figura Ia.

A Figura 4 descreve uma seção transversal longitudinalde uma modalidade alternativa da presente invenção.

A Figura 5 descreve uma seção transversal (radial) damodalidade da Figura 4.

A Figura 6 descreve um gráfico da velocidadenormalizada para a pluralidade de arranjos na modalidade daFigura 5.

A Figura 7 descreve uma seção transversal (radial) deuma outra modalidade da presente invenção, similar àquelamostrada na Figura 5 tendo cinco arranjos dispostos em umlado do tubo.

A Figura 8 descreve um gráfico da velocidadenormalizada para a pluralidade de arranjos na modalidade daFigura 7.

A Figura 9 descreve um gráfico de dados mostrando avelocidade normalizada detectada por cada arranjo da Figura7, quando nenhum assentamento de partículas estiverpresente de acordo com a presente invenção.

A Figura 10 descreve um gráfico de dados mostrando avelocidade normalizada detectada por cada arranjo da Figura7, quando um assentamento de partículas estiver presente deacordo com a presente invenção.

A Figura 11 é um diagrama de blocos que ilustra umamodalidade de um método para a determinação da presença edo nível de formação de areia de acordo com a presenteinvenção.

A Figura 12 descreve uma seção transversal (radial) deuma outra modalidade da presente invenção similar àquelamostrada na Figura 7 tendo dois arranjos.

A Figura 13 é um diagrama de blocos de uma lógica defluxo usado no aparelho da presente invenção.A Figura 14 é um gráfico k-ω de dados processados apartir de um aparelho que concretiza a presente invençãoque ilustra a inclinação da crista convectiva, e um gráficode uma função de otimização da crista convectiva.

A Figura 15 é um diagrama de blocos de um aparelhopara a medição do campo de vórtice de um fluxo de processoem um tubo, de acordo com a presente invenção.Descrição Detalhada

Conforme descrito em uma Patente U.S. N0 6.609.069comumente possuída, depositada em 28 de novembro de 2 001,na Patente U.S. N0 6.889.562, depositada em 8 de novembrode 2001 e no Pedido de Patente U.S. N0 de Série 10/712.833,depositado em 12 de novembro de 2003, todos os quais sendoincorporados aqui como referência em suas totalidades,pressões não permanentes ao longo de um tubo causadas porestruturas coerentes (por exemplo, vórtices turbulentose/ou perturbações de vórtice) que criam convecção com umfluido fluindo no tubo, contêm uma informação útilreferente a parâmetros do fluido. A presente invenção provêvários meios para uso desta informação para a medição deparâmetros de um fluxo multifásico, tais como, por exemplo,velocidade, nível / grau de estratificação, vazãovolumétrica, e a presença e o nível de partículasassentadas na parede do tubo. O fluxo multifásico ou amistura pode ser uma mistura bifásica de líquido / vapor,uma mistura de sólido / vapor, uma mistura de líquido /líquido ou uma mistura de sólido / líquido, líquido com gásentranhado ou mesmo uma mistura trifásica, tendo qualquercombinação de líquido / sólido / gás incluindo umacombinação de líquido / líquido / sólido / gás. A presenteinvenção é particularmente dirigida a uma misturamultifásica que tem uma fase sólida a qual pode se assentarem um fluxo multifásico contra a parede de um tubo. Seráapreciado que o sólido pode ser na forma de partículas (porexemplo, areia), rochas, fibra ou qualquer outro materialque possa se assentar no tubo.

Com referência à Figura la, um aparelho 100 para amedição de pelo menos um parâmetro associado a um fluxo 102fluindo em um duto, conduto ou outra forma de tubo 104 émostrado, onde o parâmetro do fluxo 102 pode incluir, porexemplo, pelo menos um dentre: uma velocidade do fluxo 116,uma vazão volumétrica do fluxo 116, um nível deestratificação do fluxo 116, e a presença e o nível (ouprofundidade) de partículas assentadas na parede do tubo116. Na Figura la, o fluxo multifásico 102 é descrito comosendo estratif içado, onde um perfil de velocidade 106 dofluxo 102 é enviesado a partir do topo do tubo 104 para ofundo do tubo 104, conforme pode ser encontrado emprocessos de fluxo de fluido industriais envolvendo otransporte de uma fração de massa alta de materiais sólidosde alto peso específico através de um tubo 104, onde aspartículas maiores viajam mais lentamente no fundo do tubo104. Por exemplo, o fluxo 102 pode ser parte de um processode hidrotransporte.

Também mostrado na Figura la, um perfil de velocidade107 para um fluxo newtoniano não estratifiçado operando noregime turbulento em números de Reynolds acima de em tornode 100.000 é descrito para fins ilustrativos. Mais ainda,as estruturas coerentes 108 no fluxo newtoniano turbulentoestratifiçado 102 exibem muito pouca dispersão, e, assim, ofluxo 102 tem um perfil de velocidade 107 que éuniformemente desenvolvido a partir do topo do tubo 104para o fundo do tubo 104. Em outras palavras, a velocidadede convecção das estruturas coerentes 108 não é fortementedependente do tamanho físico das estruturas coerentes 108.

Deve ser apreciado que, conforme usado aqui, uma dispersãodescreve a dependência da velocidade de convecção docomprimento de onda ou, de forma equivalente, da freqüênciatemporal e fluxos para os quais todos os comprimentos deonda criam convecção a uma velocidade constante sãodenominados "não dispersivos". Para um fluxo newtonianoturbulento, tipicamente não há uma quantidade significativade dispersão por uma faixa ampla de relações de comprimentode onda para diâmetro.

Os dispositivos de medição de fluxo baseados em sonar,tal como, por exemplo, o dispositivo descrito na PatenteU.S. N0 6.609.069 mencionada anteriormente de Gysling,vantajosamente aplicaram a característica não dispersiva deum fluxo newtoniano turbulento na determinação de formaacurada de vazões. Contudo, para fluxos estratifiçados,tais como aqueles descritos na Figura la, algum grau dedispersão é exibido. Em outras modalidades, as estruturascoerentes 108 criam convecção a velocidades que sãodependentes do seu tamanho, com estruturas coerentes 108 deescala de comprimento maior tendendo a viajar maislentamente do que estruturas de escala de comprimento menor108. Como resultado, algumas das hipóteses subjacentesassociadas a dispositivos de medição de fluxo baseados emsonar, especificamente, aquela dispositivo de decodificaçãoescalonável a velocidade de convecção das estruturascoerentes 108 não ser fortemente dependente do tamanhofísico das estruturas 108, são afetadas pela presença deestratificação.

Conforme mostrado na Figura Ia e na Figura Ib, a qualdescreve uma seção transversal (radial) do aparelho 100, oaparelho 100 determina a presença e/ou o nível deassentamento de partículas no fundo do tubo 104. O aparelho100 inclui um primeiro arranjo espacial 110 de pelo menosdois sensores 112 dispostos em localizações axiaisdiferentes X1...xN ao longo do tubo 104. Deve ser apreciadoque a pressão gerada pelas perturbações de pressãoconvectivas (por exemplo, rodamoinhos 108) pode ser medidaatravés de sensores baseados em deformação 112 e/ousensores de pressão 112. Cada um dos sensores 112 provê umsinal de pressão P(t) indicativo de uma pressão nãopermanente criada pelas estruturas coerentes 108 criandouma convecção com uma porção do fluxo 102 próximo do topodo tubo 104. 0 aparelho 200 ainda inclui um segundo arranjoespacial 2 02 de pelo menos dois sensores 112 dispostos emlocalizações axiais diferentes X1...xN ao longo do fundo dotubo 104. Cada um dos sensores 112 no segundo arranjoespacial 2 02 provê um sinal de pressão P(t) indicativo deuma pressão não permanente criada pelas estruturascoerentes 108 criando convecção com uma porção do fluxo 102próximo do fundo do tubo 104.

Os sensores 112 de cada arranjo 110 e 202 provêemsinais de pressão que variam no tempo analógicos P1 (t),P2 (t) , P3 (t) . . . Pw(t) para uma ou mais unidades deprocessamento 118 para a determinação da velocidade defluxo de cada arranjo. O processador de sinal 114 aplica ossinais de pressão a partir dos sensores 112 no arranjo 110a uma lógica de fluxo 124 executada pelo processador desinal 114 para a determinação da velocidade do fluxo 102próximo do topo do tubo 104. O processador de sinal 114aplica os sinais de pressão a partir dos sensores 112 noarranjo 202 à lógica de fluxo 124 executada peloprocessador de sinal 114 para a determinação da velocidadedo fluxo 102 próximo do fundo do tubo 104.

Na modalidade mostrada, cada um dos sensores 112 éformado por uma tira de material piezoelétrico tal como,por exemplo, o polímero, um fluoropolímero polarizado,PVDF, o qual mede a deformação induzida no tubo 104 devidoàs estruturas coerentes 108 criando convecção com o fluxo102. Os sensores 112 podem ser formados a partir de filmesde PVDF, filmes de copolímero ou sensores PZT flexíveis,similares àqueles descritos em "Piezo Film SensorsTechnical Manual", provido pela Measurement Specialties,Inc., de Fairfield, New Jersey, o qual é incorporado aquicomo referência. As tiras de material de filmepiezoelétrico formando os sensores 112 ao longo de cadalocalização axial Xi...xN do tubo 104 podem ser aderidas àsuperfície de uma correia de aço 204 (por exemplo, umgrampo de mangueira) que se estende em torno de e grampeiaa superfície externa do tubo 104. A invenção aindacontempla que as tiras de material de filme piezoelétricopodem ser afixadas ou aderidas à superfície externa do tubo104 por um adesivo, tal como um epóxi. Conforme discutidoaqui adiante, outros tipos de sensores 112 e outros métodosde afixação dos sensores 112 ao tubo 104 podem ser usados.

Na modalidade mostrada, os sensores 112 se estendempor uma superfície externa arqueada do tubo 104 definidapelo ângulo θ, o qual é centralizado em uma linha vertical206. Por exemplo, cada um dos sensores 112 pode se estenderem torno de 1A da circunferência do tubo 104. Devido ao fatode os sensores 112 não se estenderem através dassuperfícies laterais do tubo 104, e devido ao fato de ossensores 112 tenderem a detectar perturbações locais nofluxo 102, os sensores 112 detectam estruturas coerentes108 criando convecção com uma porção do fluxo 102 próximodo topo ou do fundo do tubo 104, o que será descrito emmaiores detalhes aqui adiante. Assim sendo, conforme otamanho dos sensores 112 é diminuído (isto é, conforme oângulo θ é diminuído), as pressões não permanentesdetectadas pelos sensores 112 indicam de forma mais acuradaa velocidade de fluxo nominal da porção do fluxo 102próxima do topo ou do fundo do tubo 104. Contudo, o grau deacurácia provido pela diminuição do tamanho dos sensores112 é deslocado pela diminuição na intensidade do sinalprovido pelos sensores 112. Portanto, o tamanho dossensores 112 (isto é, o ângulo θ usado) é dependente pelomenos do grau de acurácia desejado e da intensidade dossinais Pi (t) , P2 (t), P3 (t) . . . Pn (t) requeridos peloprocessador de sinal 114.

Embora o aparelho 100 seja mostrado incluindo quatrosensores 112, é contemplado que o arranjo 110 de sensores112 pode incluir dois ou mais sensores 112, cada umprovendo um sinal de pressão P(t) indicativo da pressão nãopermanente dentro do tubo 104 em uma localização axialcorrespondente X do tubo 104. Por exemplo, o aparelho podeincluir 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, ou 24 sensores 112. Geralmente,a acurácia da medição melhora conforme o número de sensores112 no arranjo 110 aumenta, onde o grau de acurácia providopelo maior número de sensores 112 pode ser deslocado peloaumento na complexidade e pelo tempo para computação doparâmetro de saída desejado do fluxo. Portanto, o número desensores 112 usado é dependente pelo menos do grau deacurácia desejado e da taxa de atualização desejada doparâmetro de saída provido pelo aparelho 100.

Os sinais Pi(t)... PN(t) providos pelos sensores 112no arranjo 110 são processados pelo processador de sinal114, o qual pode ser parte de uma unidade de processamentomaior 118. Por exemplo, o processador de sinal 114 pode serum microprocessador e a unidade de processamento 118 podeser um computador pessoal ou um outro computador definalidade geral. É contemplado que o processador de sinal114 pode ser qualquer um ou mais dispositivos deprocessamento de sinal analógico ou digital para a execuçãode instruções programadas, tais como um ou maismicroprocessadores ou circuitos integrados específicos deaplicação (ASICs), e pode incluir uma memória para oarmazenamento de instruções programadas, pontos deregulagem, parâmetros e para o armazenamento temporário ouo armazenamento de outra forma de dados.

o processador de sinal 114 pode extrair um ou maisparâmetros 116 para um visor 12 0 ou um outro dispositivo deentrada / saída (I/O) 122, onde o dispositivo de I/O 122também pode aceitar parâmetros de entrada de usuário. 0dispositivo de I/O 122, o visor 120 e a unidade deprocessador de sinal 114 podem ser montados em umalojamento comum, o qual pode ser afixado ao arranjo 110por um cabo flexível, uma conexão sem fio ou similar. 0cabo flexível também pode ser usado para a provisão de umapotência de operação a partir da unidade de processamento118 para o arranjo 110, se necessário.

A unidade de processamento 118 pode prover um sinal ousinais a partir do dispositivo de 1/0 122 para a ativaçãode um alarme audível ou visual ou indicador, o qual éindicativo de uma condição do fluxo de fluido multifásico102 associado à velocidade de fluxo, ao nível deestratificação, à presença de assentamento de sólidos (porexemplo, formação de areia), e/ou ao nível de assentamentode sólidos no fundo do tubo 116. Além disso, o usuário podecontrolar um processo de fluxo em resposta a qualquer umdos parâmetros medidos 116. O sinal de saída da unidade deprocessamento 118 pode ser usado para o controle da vazãodo fluido multifásico, da composição (fração de fase) dofluido e/ou dos produtos químicos ou aditivos adicionadosao fluido pelo controle de uma bomba(s) e/ou válvula(s) (ououtros meios de controle de processo), em resposta aqualquer um ou mais dos parâmetros 116 medidos pelosaparelhos 100, 200, 301 e 400.

Para a determinação de um ou ais parâmetros 116 dofluxo 102, o processador de sinal 114 aplica os dados dossensores 112 a uma lógica de fluxo 124 executada peloprocessador de sinal 114. Com referência às Figuras 13 e15, um exemplo de uma lógica de fluxo 124 é mostrado.Algumas ou todas as funções na lógica de fluxo 124 podemser implementadas em software (usando-se ummicroprocessador ou um computador) e/ou em firmware, oupodem ser implementadas usando-se um hardware analógicoe/ou digital, tendo memória suficiente, interfaces ecapacidade para a realização das funções descritas aqui.

A Figura 3 descreve um gráfico de velocidadenormalizada para os arranjos de topo e de fundo 110 e 202.A relação das velocidades próximas do topo e do fundo dotubo 104 se correlaciona com o nível de estratificação dofluxo 102. Sob condições em que não há uma estratif icação,o fluxo próximo do topo e do fundo do tubo 104 (e asestruturas coerentes 108 criando convecção com o fluxo)viajará aproximadamente à mesma velocidade. Conforme onível de estratif icação aumentar, o arranjo de topo 110medirá uma velocidade normalizada mais alta e o arranjo defundo 202 medirá uma velocidade normalizada mais baixa.Assim, pela comparação das velocidades próximas do topo edo fundo do tubo 104, o nível de estratif icação do fluxo102 pode ser determinado.

As velocidades próximas do topo e do fundo do tubo 104também podem ser usadas para a estimativa da velocidadenominal do fluxo 102, a qual, por sua vez, pode ser usadapara a determinação da vazão volumétrica do fluxo 102. Porexemplo, a velocidade nominal pode ser determinada usando-se uma média das duas velocidades ou alguma outra relaçãodas duas velocidades, onde a relação é dependente do nívelde estratif icação (ou a diferença entre as duasvelocidades). Em um outro exemplo, conforme mostrado naFigura 3, as velocidades próximas do topo e do fundo dotubo 104 podem ser plotadas como uma função da distânciaentre os arranjos de topo e de fundo 110, 202. Nesteexemplo, a distância entre os arranjos de topo e de fundo110, 2 02 é aproximadamente igual ao diâmetro do tubo 104, ecada incremento no eixo χ representa alguma porção destadistância. As velocidades no topo e no fundo do tubo 104definem uma linha reta 208, a qual tem uma inclinação quemuda com o nível de estratificação. Usando esta linha reta208, as velocidades em distâncias diferentes entre o topo eo fundo do tubo 104 podem ser estimadas, e a velocidade nalocalização de tubo apropriada pode ser usada como avelocidade nominal. No exemplo mostrado, a velocidade nocentro do tubo 104 (metade do caminho entre os arranjos detopo e de fundo 110, 202) é estimada.

A presença de sólidos ou partículas na misturamultifásica 102 pode ser determinada na modalidade mostradanas Figuras Ia a 3. Conhecendo e entendendo acaracterística de assentamento dos sólidos na misturamultifásica, uma comparação da velocidade no topo do tubo eda velocidade no fundo do tubo pode prover uma indicação deassentamento (ou formação de areia). A comparação dasvelocidades superior e inferior pode prover uma indicaçãode um aumento não característico da velocidade na porção defundo do fluxo 102, quando comparada com a velocidade daporção de topo do fluxo 102. Uma detecção desta mudança defluxo não característica entre as porções superior einferior do fluxo provê uma indicação da presença desólidos depositados no fundo do tubo. Infelizmente, comapenas dois arranjos de sensor dispostos no topo e no fundodo tubo 104, uma indicação medida do nível de sólidosassentados é difícil, se não impossível. Contudo, conformeserá mostrado na Figura 12, é possível prover esta mediçãoquando os dois arranjos forem dispostos mais próximos um dooutro. A Figura 4 descreve uma vista em elevação lateral deum aparelho 200 que concretiza a presente invenção de modosimilar ao aparelho 100 das Figuras Ia a 2. 0 aparelho 200ainda inclui pelo menos um arranjo espacial adicional 210de sensores 112 alinhados axialmente ao longo do tubo 104 esendo posicionado entre os primeiro e segundo arranjosespaciais 110 e 202. A Figura 5 descreve uma vista em seçãotransversal (radial) desta modalidade. Os sensores 112 emcada arranjo adicional 210 provêem sinais que variam notempo de pressão analógicos Pi(t), P2(t), P3(t)... PN(t)para um ou mais processadores de sinal 114, os quaisdeterminam a velocidade de fluxo do fluido próximo de cadaarranjo adicional 210. Opcionalmente, cada arranjo 210 podecompreender um par de sensores 112 dispostos no tubo 104 emum nível correspondente entre os arranjos de topo e defundo 110 e 202, conforme indicado em 211 - 217. Estessensores opcionais 112 são mostrados em linha pontilhada naFigura 5. Para cada arranjo, os sinais extraídos a partirdo aproximadamente de sensores 112 em localizações dealtura correspondentes (212 - 216) são combinados (porexemplo, somados) como uma entrada única para o processadorde sinal 114, para a eliminação de porções do sinalcausadas por modos de flexão horizontal do tubo 104.

A Figura 6 descreve um gráfico da velocidadenormalizada para cada arranjo 110, 202 e 210. Como noexemplo da Figura 3, a relação das velocidades próximas dotopo e do fundo do tubo 104 se correlaciona ao nível deestratificação do fluxo 102. Os arranjos adicionais 210permitem que um perfil de velocidade seja construído, com onúmero de pontos de dados no perfil sendo igual ao númerode arranjos 110, 202 e 210. Comparando-se os perfis develocidade da Figura 3 e da Figura 6, pode ser visto que osarranjos adicionais 210 usados para a criação do perfil daFigura 6 permitem uma representação mais acurada dasvelocidades em diferentes localizações de altura 211 a 217no tubo 104 do que a aproximação de linha reta da Figura 3.Os arranjos de sensor adicionais também podem prover umadeterminação mais acurada do nível de estratificação pelacomparação das vazões de cada um dos arranjos 110, 202 e 20dispostos circunferencialmente em torno do tubo.

Conforme pode ser visto no perfil de velocidade daFigura 6, as leituras de velocidade de topo e de fundoextremas (as leituras de velocidade nos arranjos 1 e 7,respectivamente) tendem a ser mais diversas, com a leituranos lados transversais do tubo 104 (a leitura no arranjo 4)provendo uma velocidade normalizada para o perfil inteiro.Assim sendo, pode ser visto que, para a medição davelocidade nominal no fluxo estratifiçado usando-se umarranjo de sensores, pode ser vantajoso detectar pressõesnão permanentes ao longo dos lados transversais do tubo104, de modo que as áreas de diversidade extrema navelocidade (sito é, o topo e o fundo do tubo 104) sejamignoradas. Por exemplo, o arranjo mais central (arranjo 4)pode ser usado para a determinação da velocidade nominal dofluxo 102, ou os arranjos mais centrais (por exemplo, osarranjos 3, 4 e 5) podem ser usados para a determinação davelocidade nominal do fluxo 102. A presente invenção tambémcontempla que qualquer deslocamento de arranjo do arranjohorizontal central (isto é, o arranjo 4), tais como osarranjos 3 e 5 ou combinações de outros arranjos (porexemplo, os arranjos 2 e 3 ou os arranjos 5 e 6) pode serusado para a determinação da velocidade nominal ou média dofluxo de processo 102. A determinação de qual arranjo ouconjunto de arranjos para a determinação da velocidadenominal é dependente do nível de estratificação.

A invenção ainda contempla que as medições develocidade a partir de todos os arranjos de sensor possamser usadas para a determinação da velocidade média do fluxode fluido 102 no tubo 104. A vazão média pode serdeterminada simplesmente pelo cálculo da média da soma detodas as velocidades em cada altura medidas por cadarespectivo arranjo de sensores. Alternativamente, a saídade cada sensor ou arranjo de sensores pode ter o pesoatribuído, dependendo da localização (ou altura) do sensorno tubo 104. Por exemplo, os sensores (arranjos de sensor 1e 7) dispostos no topo ou no fundo do tubo 104 têm um pesomenor do que os sensores (arranjos de sensor 3 a 5)dispostos no centro do tubo 104. Cada sensor pode ter umpeso dado pela vazão volumétrica que o sensor em uma alturaem particular estiver medindo (ou a distância entre asparedes internas do tubo 104 na respectiva altura). Porexemplo, os sensores dispostos mais próximos do centro dotubo 104 têm um peso maior do que aqueles com o pesoatribuído mais próximos do topo e do fundo do tubo 104.

Alternativamente, os sensores podem ser dispostoscircunferencialmente em torno do tubo 104 em localizaçõesem que uma atribuição do peso dos sensores não énecessária. Por exemplo, cada sensor mede uma quantidadesimilar de vazão volumétrica. Isto pode ser obtido pelalocalização do sensor e do comprimento do material dosensor. Por exemplo, os sensores localizados mais próximosdos topos e fundos do tubo 104 podem ser mais longoscircunferencialmente em torno do tubo 104 do que ossensores dispostos mais próximos do centro do tubo 104. Umcálculo da média dos sinais a partir dos sensores ouarranjo de sensores reduz ruido nos sinais.

A invenção também contempla que o sensor ou osarranjos de sensor dispostos em alturas diferentes podemter o peso atribuído, onde a atribuição do peso édependente do nível ou do grau de estratif icação. Porexemplo, os sensores localizados próximos do topo do tubo104 podem ter o peso atribuído maior do que a atribuição depeso de sensores dispostos próximos do fundo do tubo 104.

Os sensores também podem ter o peso atribuído com baseem outras características do fluxo de fluido, tal como apresença de rochas e areia viajando ao longo do fundo dotubo 104.

Deve ser apreciado que a atribuição de peso do sinalde saída dos sensores pode ser dependente de qualquer umdentre ou de uma combinação da localização (isto é,localização de altura) do(s) sensor(es), do volume de fluxo102 que cada sensor estiver detectando, do grau deestratificação e de outras características do fluxo 102.

A invenção ainda contempla que a atribuição de peso desensores usados na determinação da vazão média ou do graude estratificação pode ser dinâmica dependente dascondições providas aqui antes. Em outras palavras, o númerode sensores usados, a localização de altura dos sensores ea atribuição de peso dos sensores podem ser dinamicamentemudados pela seleção das saídas desejadas dos sensores e/oumudando a atribuição de peso das saídas dos sensores emresposta a qualquer um ou uma combinação da localização(isto é, localização de altura) do(s) sensor(es), do volumede fluxo 102 que cada sensor estiver detectando, do grau deestratificação e de outras características do fluxo 102.

Alternativamente, o sensor ou arranjos de sensor podemter o peso efetivamente atribuído pelo espaçamento dossensores em torno do tubo 104 e/ou pela variação docomprimento circunferencial dos sensores, de modo que cadaarranjo de sensor meça aproximadamente o mesmo volume defluido fluindo no tubo 104. Neste caso, o peso dos sinaisde saída ou da velocidade não é necessário. É contempladoque ambos os métodos de atribuição de peso podem serusados.

Conforme será descrito em maiores detalhes aquiadiante, a presença e o nível de assentamento de sólidos nofundo ou contra a parede interna do tubo 104 pode serdeterminado, conhecendo-se as vazões em cada nível 211 a217 da mistura multifásica 102 fluindo dentro do tubo.

A Figura 7 é uma outra modalidade da presente invençãosimilar àquela mostrada nas Figuras 4 e 5. A diferença éque a modalidade do aparelho 3 01 tem cinco (5) sensoresdispostos circunferencialmente em cada banda de sensor. Ossensores (filme de PVDF) são igualmente espaçadoscircunferencialmente em torno de metade do tubo 104. AFigura 8 mostra um gráfico da velocidade normalizadadetectada em cada altura pelo respectivo arranjo desensores, de modo similar àquilo mostrado na Fig. 6.

Conforme mostrado na Figura 7, cada arranjo desensores (arranjo 1 a 5) mede a velocidade do fluxo defluido 102 em uma localização dentro do fluxo a umaprofundidade de medição 218 (círculo tracejado). Conformedescrito na Figura 7, a profundidade de medição é de emtorno de 20% do raio do tubo 104. A profundidade de medição218 também é indicativa da localização em que asperturbações de vórtice mais fortes estão tipicamentelocalizadas no fluxo 102. Contudo, será apreciado que aperturbação de vórtice pode estar localizada mais próximaou mais distante da parede interna do tubo 104, dependendodas características / propriedades do fluxo de fluido 102,tais como a viscosidade, a vazão, o material de tubo, acomposição de fluido, etc. Uma significância doconhecimento de onde cada sensor mede as perturbações devórtice é para a determinação da altura dentro do tubo 104em que o sensor está medindo. Portanto, conforme pode servisto a partir da Figura 7, a altura (ou o nível no tubo)211' a 215' associada a cada sensor 112 (exceto peloarranjo 3 no nível 213') está deslocado do centro doarranjo de sensores. Saber o nível real 211' a 215' em quecada sensor mede permite uma atribuição de peso maisacurada dos sensores, conforme descrito aqui antes, umamedição mais acurada do nível do assentamento de sólidos ea posição desejada do arranjo de sensores em torno dacircunferência do fluxo 102.

Conforme mostrado na Figura 9, duas medições sãoprovidas para um fluxo de fluido multifásico fluindo emvelocidades diferentes, que resulta em cada fluxo tendo umperfil de velocidade diferente e um nível deestratificação, conforme descrito aqui antes. Os gráficos Ae B ilustram que a velocidade do fluido diminui, o nível deestratificação aumenta e a vazão na porção de fundo do tubodesacelera, conforme os sólidos ou as partículas no fluxomultifásico 102 começarem a se assentar em direção ao fundodo fluxo. Conforme mostrado no gráfico A, o fluxo de fluidomultifásico tem uma velocidade média de 2,55 m/s. Conformemostrado, a velocidade da porção superior do fluxo defluido 102 (registrada pelos dois sensores de topo) é muitomais rápida do que a velocidade na porção de fundo do fluxode fluido 102 (registrada pelos dois sensores de fundo).

Esta diferença provê uma medição do grau de estratificaçãodo fluxo de fluido 102. No gráfico Β, o fluxo de fluidomultifásico tem uma velocidade média de 3,91 m/s. Conformemostrado, a diferença na velocidade da porção superior e daporção inferior do fluxo de fluido é muito menor do queaquela mostrada no gráfico B, e, portanto, a estratificaçãodo fluxo descrito no gráfico A é menor do que aquela dográfico B. Pode-se apreciar que o maior número de sensoresem um lado do tubo 104 pode prover um gráfico detalhado ouuma caracterização do perfil de fluxo (por exemplo, umperfil de velocidade). Conforme será discutido aqui depois,nem o Gráfico A ou B são indicativos de sólidos seassentando no fundo do fluxo 102.

A Figura 10 mostra um par de gráficos de um fluxo defluido multifásico fluindo através de um tubo em duasvelocidades diferentes, de modo similar àquilo mostrado naFigura 9, usando-se o aparelho 3 01. 0 Gráfico B mostra umfluxo de fluido 102 que tem uma velocidade média de 5,45m/s e tendo um perfil de fluxo relativamente uniforme compouca estratificação. Em contraste, o Gráfico A mostra umfluxo de fluido multifásico estratifiçado 102 que tem umavelocidade média de 2,62 m/s. O Gráfico A ainda ilustra umfluxo multifásico 102 em que os sólidos na misturamultifásica 102 se assentaram no fundo do tubo para acriação de um leito assentado relativo de sólidos. Estefenômeno é ilustrado pelo arranjo de sensores de fundo noGráfico A mostrando uma velocidade mais alta do que oarranjo de sensores disposto acima e adjacente ao sensor defundo. Este fenômeno indica que um assentamento de sólidos(por exemplo, uma formação de areia) ocorreu no tubo 104. Aformação de areia é definida como sólidos (por exemplo,partículas de areia) tendo um fluxo de fluido multifásicoque se assentaram ou quase se assentaram no fundo do tubo,o que pode resultar em um bloqueio parcial e possivelmenteem um entupimento do tubo 104. Como tal, o termo formaçãode areia tipicamente é usado quando partículas de areiaestão presentes e estacionárias ou quase estacionárias(isto é, se movendo muito lentamente em relação ao fluxo)no fundo de um tubo.

A formação de areia é uma preocupação para processos,tais como linhas de hidrotransporte, as quais usam líquidopara o transporte de um mineral(is). Embora pudesse serantecipado que, quando uma formação de areia ocorre, avelocidade medida pelo arranjo de sensores de fundoindicaria - uma velocidade muito baixa ou uma velocidadenula, a velocidade medida no arranjo de sensores mais baixona realidade aumenta (conforme notado no Gráfico A daFigura 10). Acredita-se que os arranjos de sensor 112, talcomo o arranjo de fundo, continuem a medir a velocidade dofluxo de fluido 102 acima da porção de areia assentada nofundo do tubo 104 a uma profundidade de medição 218 emrelação à areia assentada (ou sólidos). Daí, o fluido émedido em um ponto mais alto no tubo 104 e, assim,resultando em uma velocidade mais alta do que a previamentemedida antes do assentamento da areia no fundo do tubo.

Acredita-se que não apenas a presente invenção proveraum meio para a detecção do estado de assentamento desólidos no fundo do tubo (por exemplo, formação de areia),mas também poderá prover um meio para a previsão de quandouma formação de areia ocorrerá, conforme o grau ou o nívelde formação de areia no fundo do tubo. Conforme o fluido setorna mais estratifiçado, a velocidade do fluxo de fluido102 medida pelos sensores inferiores (particularmente pelosensor de fundo) diminuirá. Contudo, quando o fluxo 102começa a formar areia ou assentar no fundo do tubo, avelocidade do sensor de fundo começará a aumentar, conformeo sensor de fundo medir o fluido a alturas crescentementemais altas acima do leito de areia assentada. O arranjo desensores inferiores, particularmente os sensores de fundo,será capaz de determinar a altura ou o nível de formação deareia pela correlação do aumento da velocidade no(s)arranjo(s) de fundo com o nível de formação de areia. Deveser apreciado que esta capacidade de detectar o início, bemcomo o nível de formação de areia, permite que um sistemade controle ou usuário aumente a velocidade do fluxo defluido 102, para evitar ou eliminar a condição de formaçãode areia. Por exemplo, o usuário pode aumentar a vazão dofluxo de fluido para redução do nível de sólidos assentadose/ou para remoção dos sólidos assentados. O usuário tambémpode reduzir a velocidade do fluxo de fluido para umavelocidade apenas suficiente para evitar uma formação deareia para redução do consumo de potência.

É contemplado que o aumento na velocidade do arranjode sensores de fundo pode aumentar conforme o perfil deestratificação mudar, o que não seria uma indicação que ofluxo de fluido está formando areia. Portanto, a formaçãode areia pode ser uma função do aumento da velocidade doarranjo de sensores de fundo e do grau ou da mudança naestratificação. Por exemplo, um aumento na velocidade defundo com uma redução de estratif icação não indicaria umaformação de areia. Contudo, um aumento na velocidade defundo com um alto grau de estratif icação ou mudança mínimana estratificação indicaria a existência ou o início de umacondição de formação de areia. Em qualquer caso, quando umavelocidade de um arranjo de sensores inferior é maior doque ou igual à velocidade de um arranjo de sensoressuperior, uma condição de formação de areia está presente.Mais geralmente, a condição de sólidos assentados na paredeinterna de um tubo é detectada quando há um aumento nãocaracterístico na velocidade da porção inferior do fluxo defluido. Em outras palavras, quando as características daporção inferior do perfil de velocidade de um fluxo defluido são não usuais, anormais ou não esperadas, esteaspecto anormal ou não característico do perfil develocidade é uma indicação de formação de areia.

Por exemplo, com referência às Figuras 11 e 7, ummétodo para a determinação da presença ou do nível deformação de areia envolve a determinação da vazão em cadaum dos arranjos 1 a 5. As vazões então são examinadas parase determinar se a vazão no arranjo 5 aumento de forma nãocaracterística, se comparada com os arranjos 1 a 4. Se nãotiver havido nenhuma mudança na vazão no arranjo 5, então,as vazões para os arranjos 1 a 5 serão monitoradas, deforma contínua ou em intervalos periódicos. Contudo, se avazão no arranjo 5 tiver mudado, então, uma indicação dapresença de formação de areia será provida para um usuárioatravés de um dispositivo audível e/ou de exibição, e asvazões remanescentes serão examinadas para se determinar sea vazão no arranjo 4 aumentou de forma não característica,se comparada com os arranjos 1 a 3.

Neste ponto, se não houve uma mudança na vazão noarranjo 4, então, é determinado que o nível de formação deareia está no nível do arranjo 5. Contudo, se a vazão tivermudado, então, as vazões remanescentes serão examinadaspara se determinar se a vazão no arranjo 3 mudou de formanão característica, se comparada com os arranjos 1 a 2. Senão tiver havido nenhuma mudança na vazão no arranjo 3,então, será determinado que o nível de formação de areiaestá no nível do arranjo 4. Se a vazão no arranjo 3 tivermudado, então, as vazões remanescentes serão examinadaspara se determinar se a vazão no arranjo 2 mudou de formanão característica, se comparada com o arranjo 1, onde, senão tiver havido nenhuma mudança na vazão no arranjo 2,então, será determinado que o nível de formação de areiaestá no nível do arranjo 3. De modo similar ao acima, se avazão no arranjo 2 tiver mudado, então, a vazão no arranjo1 será examinada quanto a uma mudança não característica nofluxo. Se não tiver havido nenhuma mudança na vazão noarranjo 1, então, será determinado que o nível de formaçãode areia está no nível do arranjo 2. Se tiver havido umamudança na vazão no arranjo 1, então, será determinado queo nível de formação de areia está no nível do arranjo 1.

Será apreciado, dependendo do diâmetro do tubo e daprofundidade dos sólidos assentados no fundo do tubo, queos arranjos de sensores não podem prover qualquer vazão queseja. Isto é particularmente verdadeiro para um sensordisposto acima do ponto médio do tubo. Conforme seráreconhecido, quando o nível dos sólidos aumenta acima dossensores dispostos acima do ponto médio do tubo, ossensores não mais medirão o fluxo de fluido, porque apenassólidos estarão dispostos em sua direção de medição, a qualé ortogonal à posição do sensor.

A Figura 12 ilustra ainda uma outra modalidade dapresente invenção similar àquela mostrada na Figura 7. Adiferença é que esta modalidade do medidor tem dois (2)sensores 112 dispostos em cada banda de sensor, onde um dossensores 300 é disposto na porção de fundo da porção dotubo e o outro sensor 302 é disposto em uma localizaçãodeslocada adjacente ao sensor 300. Isto permite que osensor 300 disposto na porção de fundo do tubo 104 detectea velocidade do fluxo em uma área próxima do fundo do tubo104, enquanto os outros sensores 302 detectam a velocidadedo fluxo mais alto para cima no tubo 104. Conforme sugeridoaqui antes, em contraste com a modalidade na Figura 2, estaconfiguração permitirá uma medição da presença de formaçãode areia no tubo 104 e do nível (em 212 ou em 216) doassentamento de sólidos no fundo do tubo. A capacidadedesta configuração de medir o nível dos sólidos assentadosestá relacionada à proximidade grande dos sensores 302 dossensores 300. A proximidade grande relativa dos sensores300, 302 provê uma comparação significativa entre as duasvelocidades medidas para se permitir a detecção do nível deformação de areia. Por exemplo, o sensor 302 pode serdisposto em várias outras localizações no tubo 104,conforme mostrado pelas linhas tracejadas na Figura 12.

Conforme discutido aqui antes com referência àsFiguras 7 a 10, a presente invenção também contempla quequalquer deslocamento de arranjo a partir do arranjohorizontal central (isto é, o arranjo 4), tais como osarranjos 3 e 5 ou combinações de outros arranjos (porexemplo, os arranjos 2 e 3 ou os arranjos 5 e 6) podem serusados para a determinação da velocidade nominal ou médiado fluxo de processo 102. Deve ser apreciado que adeterminação de qual arranjo ou conjunto de arranjos podeser usado para a determinação da velocidade nominal édependente do nível de estratificação. Ainda é contempladoque os arranjos selecionados para a determinação davelocidade nominal e da vazão volumétrica do fluido deprocesso podem ser dinamicamente selecionados em respostaao nível medido de estratificação.

Embora as modalidades descritas da presente invençãomostrem os arranjos de sensores como sendo igualmenteespaçados em torno da circunferência do tubo, a presenteinvenção contempla que os arranjos de sensores podem nãoestar igualmente espaçados, nem os sensores têm que serdispostos em qualquer porção em particular do tubo. Écontemplado que os arranjos de sensores podem estardispostos apenas na metade superior do tubo ou não incluirum arranjo de sensores no fundo do tubo.

Com referência à Fig. lb, a lógica de fluxo podedeterminar a velocidade de cada arranjo de sensores 110,202 usando uma das ou ambas as técnicas a seguir para adeterminação da velocidade de convecção das perturbações devórtice no fluxo de processo 102 pela:

1) caracterização da crista convectiva dasperturbações de vórtice usando-se um arranjo de sensores depressão não permanente;

2) correlação cruzada de variações de pressão nãopermanente usando um arranjo de sensores de pressão nãopermanente.

A lógica de fluxo 124 na Figura 13 é usada para acaracterização da crista convectiva da pressão nãopermanente e para a determinação das vazões. Conformemostrado na Figura 13, a lógica de fluxo 124 inclui umaunidade de aquisição de dados 126 (por exemplo, umconversor A/D) que converte os sinais analógicosP1 (t) . . . Pn (t) em respectivos sinais digitais e provê ossinais digitais P1 (t) . . . Pn (t) para a lógica de FFT 128. Alógica de FFT 128 calcula a transformada de Fourier dossinais de entrada baseados no tempo digitalizadosP1 (t) .. . Pn (t) e provê sinais de domínio de freqüênciacomplexos (ou baseados em freqüência) P1 (ω), P2 (ω), P3 (ω),... Pn(ω) indicativos do conteúdo de freqüência dos sinaisde entrada. Deve ser apreciado que ao invés de FFT' s,qualquer outra técnica para a obtenção das característicasde domínio de freqüência dos sinais P1(t)-PN(t) também podeser usada. Por exemplo, a densidade espectral cruzada e adensidade espectral de potência podem ser usadas para aformação de funções de transferência de domínio defreqüência (ou resposta de freqüência ou relações)discutidas aqui adiante.Uma técnica de determinação da velocidade de convecçãodas estruturas coerentes (por exemplo, rodamoinhosturbulentos) 108 no fluxo 102 é pela caracterização de umacrista convectiva das pressões não permanentes resultantesusando-se um arranjo 110 de sensores 112 ou outras técnicasde formação de feixe, similar ao que é descrito no Pedidode Patente U.S. N0 de Série 09/729.994 depositado em 4 dedezembro de 2000, agora Patente U.S. N0 6.609.069, o qual éincorporado aqui como referência em sua totalidade.

Um acumulador de dados 13 0 acumula os sinais defreqüência P1 (ω) - Pn(ω) por um intervalo de amostragem, eprovê os dados para um processador de arranjo 132, o qualrealiza uma transformada espacial - temporal(bidimensional) dos dados de sensor, a partir do domínio x-t para o domínio k-ω e, então, calcula a potência no planok-ω, conforme representado por um gráfico k-ω.

O processador de arranjo 132 pode usar umprocessamento de arranjo de formação de feixe assimdenominado padrão ou algoritmos de processamento de arranjoadaptativos, isto é, algoritmos para o processamento dossinais de sensor usando-se vários atrasos e atribuição depeso para a criação de relações de fase adequadas entre ossinais providos pelos diferentes sensores, desse modo secriando uma funcionalidade de arranjo de antena em fase. Emoutras palavras, os algoritmos de formação de feixe ou deprocessamento de arranjo transformam os sinais de domíniode tempo do arranjo de sensor em suas componentes defreqüência espacial e temporal, isto é, em um conjunto denúmeros de onda dado por k = 2π/λ, onde λ é o comprimentode onda de uma componente espectral e as freqüênciasangulares correspondentes dadas por ω = 2πν.

Deve ser apreciado que a técnica anterior ensinamuitos algoritmos para uso na decomposição espacial etemporal de um sinal a partir de um arranjo em fase desensores, e a presente invenção não está restrita aqualquer algoritmo em particular. Um algoritmo deprocessamento de arranjo adaptativo em particular é ométodo / algoritmo de Capon. Embora o método de Capon sejadescrito como um método, a presente invenção contempla o uso de outros algoritmos de processamento de arranjoadaptativo, tal como o algoritmo MUSIC. A presente invençãoreconhece que essas técnicas podem ser usadas para adeterminação de vazão, isto é, os sinais causados por umparâmetro estocástico em convecção com um fluxo 102 são estacionários no tempo e têm um comprimento de coerêncialongo o bastante que é prático para a localização desensores 112 espaçados uns dos outros e ainda estandodentro do comprimento coerente.

As características ou parâmetros convectivos têm uma relação de dispersão que pode ser aproximada por uma

equação de linha reta:κ = ω / u,

onde u é a velocidade de convecção (velocidade defluxo) . Um gráfico de pares k-ω obtidos a partir de uma análise espectral de amostras de sensor associadas aosparâmetros convectivos que são retratados de modo que aenergia da perturbação espectralmente corresponda aos paresque poderiam ser descritos como uma crista substancialmentereta, onde a crista na teoria de camada limite turbulenta é denominada uma crista convectiva.Para o cálculo da potência no plano k-ω, conformerepresentado por um gráfico k-ω (veja a Figura 14) dequalquer um dos sinais, o processador de arranjo 132determina o comprimento de onda e, então, o número de onda(espacial) k e, também, a freqüência (temporal) e, então, afreqüência angular ω, das várias componentes espectrais doparâmetro estocástico. Há numerosos algoritmos disponíveisno domínio público para a realização da decomposiçãoespacial / temporal dos arranjos de sensores 112.

A presente modalidade pode usar uma filtração temporale espacial para pré-condicionar os sinais para efetivamentefiltrarem as características de modo comum PCommon mode eoutras características de comprimento de onda longo(comparadas ao espaçamento de sensor) no tubo 104 pordiferenciação de sensores adjacentes 112 e retenção de umaporção substancial do parâmetro estocástico associado aocampo de fluxo e quaisquer outros parâmetros estocásticosde freqüência baixa de comprimento de onda curto (comparadoao espaçamento de sensor).

No caso de estruturas coerentes adequadas 108 estarempresentes, a potência no plano k-ω mostrada em um gráficok-ω da Figura 14 mostra uma crista convectiva 134. Acrista convectiva representa a concentração de um parâmetroestocástico que cria convecção com o fluxo 102 e é umamanifestação matemática da relação entre as variaçõesespaciais e as variações temporais descritas acima. Umgráfico como esse indicará uma tendência de pares k-ωaparecerem mais ou menos ao longo de uma linha 134 comalguma inclinação, a inclinação indicando a velocidade dofluxo.Uma vez que a potência no plano k-ω seja determinada,um identificador de crista convectiva 13 6 usa um ou outrométodo de extração de aspecto para a determinação dalocalização e da orientação (inclinação) de qualquer cristaconvectiva 134 presente no plano k-ω. Em uma modalidade,um assim denominado método de empilhamento enviesado éusado, um método no qual as freqüências acumuladas de paresk-ω no gráfico k-ω ao longo de raios diferentes emanando apartir da origem são comparadas, cada raio diferenteestando associado a uma velocidade de convecção detentativa diferente (pelo fato de a inclinação de um raioser assumida como sendo a velocidade de fluxo ou estandocorrelacionada à velocidade de fluxo de uma formaconhecida). O identificador de crista convectiva 136 provêuma informação sobre as velocidades de convecção detentativa diferentes, uma informação referida geralmentecomo uma informação de crista convectiva.

O analisador 13 8 examina a informação de cristaconvectiva incluindo a orientação de crista convectiva(inclinação). Assumindo que a relação de dispersão de linhareta seja dada por κ = ω/u, o analisador 138 determina avelocidade de fluxo, o número de Mach e/ou o fluxovolumétrico, os quais são extraídos como parâmetros 116. Ofluxo volumétrico é determinado pela multiplicação da áreade seção transversal do interior do tubo 104 pelavelocidade do fluxo de processo 102.

Conforme citado previamente, para fluidos newtonianosturbulentos, tipicamente não há uma quantidadesignificativa de dispersão por uma faixa ampla de relaçõesde comprimento de onda para diâmetro. Como resultado, acrista convectiva 134 no gráfico k-ω é substancialmenterela por uma faixa de freqüência ampla e, assim sendo, háuma faixa de freqüência ampla para a qual uma relação dedispersão de linha reta dada por k=co/u provê mediçõesacuradas de velocidade de fluxo.

Para fluxos estratifiçados, contudo, algum grau dedispersão existe, de modo que as estruturas coerentes 108criam convecção a velocidades as quais dependem do seutamanho. Como resultado dos níveis crescentes de dispersão,a crista convectiva 134 no gráfico k-ω se tornacrescentemente não linear.

2) Correlação cruzada de variações de pressão nãopermanente usando um arranjo de sensores de pressão nãopermanente.

A lógica de fluxo 124 na Figura 15 usa uma correlaçãode pressões não permanentes para a determinação das vazões.A unidade de processamento 118 da Figura 15 determina avelocidade de convecção das perturbações de vórtice nofluxo pela correlação cruzada de variações de pressão nãopermanente usando um arranjo de sensores de pressão nãopermanente, similar àquele mostrado na Patente U.S. N06.889.562, depositada em 8 de novembro de 2001, a qual éincorporada aqui como referência.

Com referência à Fig. 15, a unidade de processamento118 tem duas regiões de medição localizadas a uma distânciaΔΧ ao longo do tubo 104. Cada par de sensores de pressão112 de cada região atua como filtros espaciais para aremoção de certos sinais acústicos dos sinais de pressãonão permanente, e as distâncias Xi, X2 são determinadas pela característica de filtração desejada para cada filtroespacial, conforme discutido aqui adiante.

Em particular, na unidade de processamento 118, osinal de pressão P1(t) é provido para uma entrada positivade um somador 350 e o sinal de pressão P2 (t) é provido parauma entrada negativa do somador 350. A saída do somador 350é provida para a linha 304 indicativo da diferença entre osdois sinais de pressão P1, P2 (por exemplo, P1 - P2 = Pasi) ·

A linha 304 é alimentada para um filtro de banda depassagem 308, o qual passa uma banda de passagempredeterminada de freqüências e atenua freqüências fora dabanda de passagem. De acordo com a presente invenção, abanda de passagem do filtro 308 é regulada para filtrar (ouatenuar) a porção dc e a porção de freqüência alta dossinais de entrada e para passar as freqüências entre elas.Outras bandas de passagem podem ser usadas em outrasmodalidades, se desejado. O filtro de banda de passagem 208provê um sinal filtrado Pasfi em uma linha 312 para umalógica de correlação cruzada 316, descrita aqui adiante.

O sinal de pressão P3 (t) é provido para uma entradapositiva de um somador 313 e o sinal de pressão P4 (t) éprovido para uma entrada negativa do somador 313. A saídado somador 313 é provida em uma linha 3 06 indicativa dadiferença entre os dois sinais de pressão P3, P4 (porexemplo, P3 - P4 = Pas2) · A linha 306 é alimentada para umfiltro de banda de passagem 310, similar ao filtro de bandade passagem 3 08 discutido aqui antes, o qual passafreqüências na banda de passagem e atenua freqüências forada banda de passagem. O filtro 310 provê um sinal filtradoPasf2 em uma linha 314 para a lógica de correlação cruzada316. Os sinais nos somadores 350, 313 podem ser trocados,se desejado, desde que os sinais de ambos os somadoressejam trocados em conjunto. Além disso, os sinais depressão Pi, P2, P3, P4 podem ser escalonados antes daapresentação para os somadores 305, 313.

A lógica de correlação cruzada 316 calcula umacorrelação cruzada de domínio de tempo conhecida entre ossinais PaSfi e PaSf2 nas linhas 312, 314, respectivamente, eprovê um sinal de saída em uma linha 318 indicativo doatraso de tempo τ que leva para um campo de fluxo devórtice 108 (ou vórtice, estocástico, ou estrutura devórtice, campo, perturbação ou perturbação no fluxo) sepropagar a partir de uma região de detecção para a outraregião de detecção. Essas perturbações de fluxo de vórtice,conforme é sabido, são condições dinâmicas coerentes quepodem ocorrer no fluxo, as quais decaem substancialmente(por uma quantidade predeterminada) por uma distânciapredeterminada (ou comprimento coerente) e criam convecção(ou fluxo) na ou próximo da velocidade média do fluxo defluido. Conforme descrito acima, o campo de fluxo devórtice 108 também tem uma perturbação de pressãoestocástica ou de vórtice associada a ele. Em geral, asperturbações de fluxo de vórtice 108 são distribuídas portodo o fluxo, particularmente em regiões de cisalhamentoalto, tais como camadas limite (por exemplo, ao longo daparede interna do tubo 104) e são mostradas aqui comocampos de fluxo de vórtice discretos 108. Devido ao fato deos campos de fluxo de vórtice (e a perturbação de pressãoassociada) criarem convecção na ou próximo da velocidade defluxo média, o atraso de tempo de propagação τ estárelacionado à velocidade do fluxo pela distância ΔΧ entreas regiões de medição, conforme discutido aqui adiante.

Com referência à Fig. 15, um sinal de espaçamento ΔΧem uma linha 32 0 indicativo da distância ΔΧ entre asregiões de detecção é dividido pelo sinal de atraso detempo τ na linha 318 por um divisor 322, o qual provê umsinal de saída na linha 116 indicativo da velocidade deconvecção Uc (t) da mistura de vapor saturado / líquidofluindo no tubo 104, a qual está relacionada (ou éproporcional ou aproximadamente igual) à velocidade defluxo média aritmética (ou média) Uf (t) do fluxo 102,conforme definido abaixo:

Uc (t) = ΔΧ/τ oc Uf (t) Eq. 1

A presente invenção usa uma filtração temporal eespacial para um pré-condicionamento dos sinais de pressãopara se efetivamente filtrarem perturbações de pressãoacústica Pacoustic e outras perturbações de pressão decomprimento de onda longo (se comparado com o espaçamentode sensor) no tubo 104 nas duas regiões de detecção eretenção de uma porção substancial das perturbações de pressão de vórtice PVOrticai associada ao campo de fluxo devórtice 108 e quaisquer outras perturbações de pressão defreqüência baixa de comprimento de onda curto (se comparadocom o espaçamento de sensor) Pother- De acordo com apresente invenção, se as perturbações de pressão defreqüência baixa Pother forem pequenas, não haverá prejuízosubstancial para a acurácia de medição de PVortieai·

Embora a correlação cruzada tenha sido mostradausando-se quatro sensores, por meio do que dois sensoresforam somados para a formação de uma região de detecção, ainvenção contempla que cada região de detecção podecompreender apenas um sensor disposto em uma localizaçãoaxial ao longo do tubo 104.

Em qualquer uma das modalidades descritas aqui, ossensores 112 podem incluir medidores elétricos dedeformação, fibras óticas e/ou retículos, sensores comporta, dentre outros, conforme descrito aqui, e podem serafixados ao tubo por adesivo, cola, epóxi, fita ou outromeio de afixação adequado para se garantir um contatoadequado entre o sensor e o tubo 104. Os sensores 112 podemser alternativamente removíveis ou afixados permanentementeatravés de técnicas mecânicas conhecidas, tais comoprendedor mecânico, carregado por mola, grampeados, em umarranjo de concha de molusco, por correias ou outrosequivalentes. Alternativamente, medidores de deformação,incluindo fibras óticas e/ou retículos, podem ser embutidosem um tubo compósito 104. Se desejado, para certasaplicações, retículos podem ser destacados (ou deformadosou isolados acusticamente) do tubo 104, se desejado. Tambémé contemplado que qualquer outra técnica de detecção dedeformação pode ser usada para a medição das variações nadeformação no tubo 104, tais como medidores de deformaçãoaltamente sensíveis piezoelétricos, eletrônicos ouelétricos afixados a ou embutidos no tubo 104.

Em várias modalidades da presente invenção, umtransdutor de pressão piezoelétrico pode ser usado como umou mais dos sensores de pressão e pode medir as variaçõesde pressão não permanentes (ou dinâmicas ou AC) dentro dotubo 104 pela medição dos níveis de pressão dentro do tubo104. Em uma modalidade da presente invenção, os sensores112 compreendem sensores de pressão fabricados pela PCBPiezotronics de Depew, New York. Por exemplo, em um sensorde pressão há sensores do tipo de modo de voltagempiezoelétrico de circuito integrado que caracterizamamplificadores microeletrônicos embutidos, e convertem acarga de impedância alta em uma saída de voltagem deimpedância baixa. Especificamente, um Modelo 106B fabricadopela PCB Piezotronics é usado, o qual é um sensor depressão de quartzo piezoelétrico de circuito integrado deaceleração compensada de alta sensibilidade adequado para amedição de fenômenos acústicos de baixa pressão em sistemashidráulicos e pneumáticos. Ele tem a capacidade única demedir pequenas mudanças de pressão de menos de 0,001 psi(6,895 Pa) sob condições de estática alta. 0 106B tem umasensibilidade de 300 mV/psi (1 psi = 6,895 kPa) e umaresolução de 91 dB (0,689 Pa).

Os sensores 112 podem incorporar um amplificadormicroeletrônico MOSFET embutido para conversão da saída decarga de impedância alta em um sinal de voltagem deimpedância baixa. Os sensores 112 podem ser ativados apartir de uma fonte de corrente constante e podem operarpor um cabo coaxial ou de fita longo, sem degradação desinal. 0 sinal de voltagem de impedância baixa não éafetado por um ruído de cabo triboelétrico ou porcontaminantes de degradação de resistência de isolamento. Apotência para operação dos sensores piezoelétricos decircuito integrado geralmente assume a forma de umsuprimento de corrente constante de baixo custo, de 24 a 27VDC, de 2 a 20 mA.

A maioria dos sensores de pressão piezoelétricos éconstruída com cristais de quartzo de modo de compressãopré-carregados em um alojamento rígido ou cristais deturmalina não restritos. Estes projetos proporcionam aossensores tempos de resposta de microssegundo e freqüênciasressonantes nas centenas de kHz, com um excesso mínimo ousom. Diâmetros de diafragma pequeno asseguram uma resoluçãoespacial de ondas de choque estreitas.

A característica de saída de sistemas de sensor depressão piezoelétricos é aquela de um sistema acoplado AC,onde sinais repetitivos decaem até haver uma área igualacima e abaixo da linha de base original. Conforme osníveis de magnitude do evento monitorado flutuam, a saídapermanece estabilizada em torno da linha de base com asáreas positivas e negativas da curva permanecendo iguais.

Mais ainda, é contemplado que cada um dos sensores 112pode incluir o sensor piezoelétrico que provê um materialpiezoelétrico para a medição das pressões não permanentesdo fluxo 102. O material piezoelétrico, tal como umpolímero, um fluoropolímero polarizado, PVDF, mede adeformação induzida no tubo de processo 104, devido avariações de pressão não permanente dentro do fluxo 102.Uma deformação no tubo 104 é traduzida para uma voltagem oucorrente de saída pelos sensores piezoelétricos afixados112 .

O material de PVDF que forma cada sensor piezoelétrico112 pode ser aderido à superfície externa de uma cinta deaço 204 que se estende em torno e se grampeia na superfícieexterna do tubo 104. O elemento de detecção piezoelétricotipicamente se conforma à medida circunferencial completaou aproximadamente completa de deformação induzida. Ossensores podem ser formados a partir de filmes de PVDF,filmes de copolímero ou sensores PZT flexíveis, similaresàqueles descritos em "Piezo Film Sensors Technical Manual",provido pela Measurement Specialties, Inc., de Fairfield,New Jersey, o qual é incorporado aqui como referência. Asvantagens desta técnica são as seguintes:

1. Medições de vazão não intrusivas;

2. Custo baixo;

3. A técnica de medição não requer uma fonte deexcitação. O ruído de fluxo ambiente é usado como umafonte;

4. Sensores piezoelétricos flexíveis podem sermontados em uma variedade de configurações para melhoriados esquemas de detecção de sinal. Estas configuraçõesincluem a) sensores co-localizados, b) sensores segmentadoscom configurações de polaridade oposta, c) sensores largospara melhoria da detecção de sinal acústico e minimizaçãode detecção de ruído de vórtice, d) geometrias talhadas desensor para minimização da sensibilidade a modos de tubo,e) diferenciação de sensores para eliminação de ruídoacústico de sinais de vórtice; e

5. Temperaturas mais altas (140 °C) (copolímeros).A presente invenção pode ser concretizada na forma deum computador ou processos e aparelhos implementados emcomputador para a prática daqueles processos. A invençãotambém pode ser concretizada na forma de um código deprograma de computador contendo instruções concretizadas emmeios tangíveis, tais como disquetes flexíveis, CD-ROMs,discos rígidos e/ou qualquer outro meio que pode ser lidoem computador, onde quando o código de programa decomputador é carregado e executado por um computador oucontrolador, o computador ou controlador se torna umaparelho para a prática da invenção. A invenção também podeser concretizada na forma de um código de programa decomputador, por exemplo, armazenado em um meio dearmazenamento, carregado em e/ou executado por umcomputador, ou transmitido por algum meio de transmissão,tal como uma fiação elétrica ou um cabeamento, através defibras óticas, ou através de radiação eletromagnética, ondequando o código de programa de computador é carregado em eexecutado por um computador, o computador se torna umaparelho para a prática da invenção. Quando implementadosem um microprocessador de finalidade geral, os segmentos decódigo de programa de computador podem configurar omicroprocessador para a criação de circuitos lógicosespecíficos.

Deve ser entendido que qualquer um dos recursos,características, alternativas ou modificações descritas comreferência a uma modalidade em particular aqui também podeser aplicado, usado ou incorporado com qualquer outramodalidade descrita aqui. Além disso, é contemplado que,embora as modalidades descritas aqui sejam úteis para umfluxo tendo propriedades dispersivas (por exemplo, um fluxoestratifiçado), as modalidades descritas aqui também podemser usadas para um fluxo homogêneo sem propriedadesdispersivas.

Embora a invenção tenha sido descrita e ilustrada comrespeito modalidades de exemplo da mesma, o precedente evárias outras adições e omissões podem ser feitos ali e aelas, sem se desviar do espírito e do escopo da presenteinvenção.

Claims (33)

1. Aparelho para a medição de um parâmetro de um fluxopassando através de um tubo, o aparelho caracterizado pelofato de compreender:um primeiro arranjo espacial de pelo menos doissensores dispostos em localizações axiais diferentes aolongo do tubo, cada um dos sensores no primeiro arranjoprovendo um primeiro sinal indicativo de uma pressão nãopermanente criada por estruturas coerentes criandoconvecção com uma porção do fluxo passando através de umaprimeira porção do tubo;um segundo arranjo espacial de pelo menos doissensores dispostos em localizações axiais diferentes aolongo do tubo, cada um dos sensores no segundo arranjo15 provendo um segundo sinal indicativo de uma pressão nãopermanente criada por estruturas coerentes criandoconvecção com uma porção do fluxo passando através de umasegunda porção do tubo, a primeira porção do tubo estandolocalizada acima da segunda porção do tubo; epelo menos um processador de sinal configurado para:a determinação de uma primeira velocidade dofluxo passando através da primeira porção do tubo usando osprimeiros sinais;a determinação de uma segunda velocidade do fluxopassando através da segunda porção do tubo usando ossegundos sinais; ea comparação das primeira e segunda velocidadespara a determinação do parâmetro do fluxo.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do parâmetro do fluxo incluir pelomenos um dentre um nível de estratificação do fluxo e umavazão volumétrica do fluxo.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do processador de sinal normalizaras primeira e segunda velocidades, antes da comparação dasprimeira e segunda velocidades.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do processador de sinal comparar asprimeira e segunda velocidades para identificar se asegunda velocidade é maior do que a primeira velocidade,onde uma segunda velocidade maior é indicativa de umaestratificação do fluxo.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato do processador de sinal indicar alocalização da segunda velocidade maior no tubo, onde alocalização da segunda velocidade maior no tubo éindicativa do nível de estratificação do fluxo.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato da localização da segundavelocidade maior no tubo ser indicativa do nível deestratificação do fluxo.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do primeiro arranjo espacial seralinhado axialmente ao longo de uma porção de topo do tuboe do segundo arranjo espacial ser alinhado axialmente aolongo de uma porção de fundo do tubo.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do primeiro arranjo espacial seralinhado axialmente ao longo de uma porção de fundo do tuboe do segundo arranjo espacial ser alinhado axialmente aolongo de uma porção média do tubo.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de compreender ainda:pelo menos um arranjo espacial adicional de pelo menosdois sensores dispostos em localizações axiais diferentesao longo do tubo, cada um dos sensores em pelo menos umarranjo adicional provendo um terceiro sinal indicativo deuma pressão não permanente criada pelas estruturascoerentes criando convecção com uma porção do fluxo próximodo sensor, pelo menos um arranjo espacial adicional sendoalinhado axialmente ao longo do tubo e sendo posicionadoentre os primeiro e segundo arranjos espaciais; eonde, para cada arranjo espacial adicional, pelo menosum processador de sinal é adicionalmente configurado para:determinar uma terceira velocidade do fluxo próximo doarranjo espacial adicional usando os terceiros sinais; ecomparar as primeira, segunda e terceira velocidadespara a determinação do parâmetro do fluxo.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato da comparação das primeira,segunda, terceira e quarta velocidades prover um perfil develocidade do fluxo passando através do tubo.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato do parâmetro do fluxo incluir pelomenos um dentre um nível de estratificação do fluxo e umavazão volumétrica do fluxo.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de pelo menos um processador desinal normalizar as primeira, segunda e terceiravelocidades, antes da comparação das primeira, segunda eterceira velocidades.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do parâmetro do fluxo incluir umnível de estratif icação do fluxo, e pelo fato de, emresposta ao nível de estratificação do fluxo, o processadorde sinal selecionar vários sensores para uso nadeterminação de uma velocidade média do fluxo.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do processador de sinal serconfigurado para a identificação de um aumento nãocaracterístico na segunda velocidade, se comparada com aprimeira velocidade.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do parâmetro do fluxo incluir apresença de sólidos dispostos em uma superfície interna dasegunda porção do tubo.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado pelo fato do parâmetro do fluxo incluir onível dos sólidos dispostos na superfície interna dasegunda porção do tubo.

17. Aparelho para a medição de um parâmetro de umfluxo passando através de um tubo, o aparelho caracterizadopelo fato de compreender:pelo menos um arranjo espacial de sensores dispostosem localizações axiais diferentes ao longo do tubo, ondecada um dos sensores provê um sinal indicativo de pressãonão permanente criada pelas estruturas coerentes emconvecção com o fluxo no tubo em uma localização axialcorrespondente do tubo; eum processador de sinal configurado para aidentificação de uma velocidade de convecção maior e umalocalização da velocidade de convecção maior, onde avelocidade de convecção maior é indicativa deestratificação do fluxo, e onde a localização da velocidade de convecção maior é indicativa de um nível daestratificação do fluxo.

18. Método para a medição de um parâmetro de fluxopassando através de um tubo usando um aparelho quecompreende um primeiro arranjo espacial de pelo menos dois sensores dispostos em localizações axiais diferentes aolongo do tubo, cada um dos sensores no primeiro arranjoprovendo um primeiro sinal indicativo de uma pressão nãopermanente criada por estruturas coerentes criandoconvecção com uma porção do fluxo passando através de uma primeira porção do tubo, um segundo arranjo espacial depelo menos dois sensores dispostos em localizações axiaisdiferentes ao longo do tubo, cada um dos sensores nosegundo arranjo provendo um segundo sinal indicativo de umapressão não permanente criada por estruturas coerentescriando convecção com uma porção do fluxo passando atravésde uma segunda porção do tubo, a primeira porção do tuboestando localizada acima da segunda porção do tubo, e pelomenos um processador de sinal, o método caracterizado pelofato de compreender: a determinação de uma primeira velocidade do fluxopassando através da primeira porção do tubo usando osprimeiros sinais;a determinação de uma segunda velocidade do fluxopassando através da segunda porção do tubo usando ossegundos sinais; ea comparação das primeira e segunda velocidades para adeterminação do parâmetro do fluxo.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato do parâmetro do fluxo incluir pelomenos um dentre um nível de estratificação do fluxo e umavazão volumétrica do fluxo.

20. Método, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato da comparação incluir anormalização das primeira e segunda velocidades.

21. Método, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato da comparação incluir a comparaçãodas primeira e segunda velocidades para se identificar se asegunda velocidade é maior do que a primeira velocidade,onde uma segunda velocidade maior é indicativa de umaestratificação do fluxo.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato da comparação incluir ainda aidentificação da localização da segunda velocidade maior notubo, a localização da segunda velocidade maior no tubosendo indicativa do nível de estratificação do fluxo.

23. Método, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato da localização da segundavelocidade maior no tubo ser indicativa do nível deestratificação do fluxo.

24. Método, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato do primeiro arranjo espacial seralinhado axialmente ao longo de uma porção de topo do tuboe do segundo arranjo espacial ser alinhado axialmente aolongo de uma porção de fundo do tubo.

25. Método, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato do primeiro arranjo espacial seralinhado axialmente ao longo de uma porção de fundo do tuboe do segundo arranjo espacial ser alinhado axialmente aolongo de uma porção média do tubo.

26. Método, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de compreender ainda:a disposição de pelo menos um arranjo espacialadicional de pelo menos dois sensores dispostos emlocalizações axiais diferentes ao longo do tubo, cada umdos sensores em pelo menos um arranjo adicional provendo umterceiro sinal indicativo de uma pressão não permanentecriada pelas estruturas coerentes criando convecção com umaporção do fluxo próximo do sensor, pelo menos um arranjoespacial adicional sendo alinhado axialmente ao longo dotubo e sendo posicionado entre os primeiro e segundoarranjos espaciais; eonde, para cada arranjo espacial adicional:a determinação de uma terceira velocidade do fluxopróximo do arranjo espacial adicional usando os terceirossinais; ea comparação das primeira, segunda e terceiravelocidades para a determinação do parâmetro do fluxo.

27. Método, de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato da comparação das primeira,segunda, terceira e quarta velocidades prover um perfil develocidade do fluxo passando através do tubo.

28. Método, de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato do parâmetro do fluxo incluir pelomenos um dentre um nível de estratificação do fluxo e umavazão volumétrica do fluxo.

29. Método, de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato de compreender ainda a normalizaçãodas primeira, segunda e terceira velocidades, antes dacomparação das primeira, segunda e terceira velocidades.

30. Método, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato do parâmetro do fluxo incluir umnível de estratificação do fluxo, e, em resposta ao nívelde estratificação do fluxo, haver a seleção de váriossensores para uso na determinação de uma velocidade médiado fluxo.

31. Método, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de compreender ainda aidentificação de um aumento não característico na segundavelocidade, se comparada com a primeira velocidade.

32. Método, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato do parâmetro do fluxo incluir apresença de sólidos dispostos em uma superfície interna dasegunda porção do tubo.

33. Método, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato do parâmetro do fluxo incluir onível dos sólidos dispostos na superfície interna dasegunda porção do tubo.