Baseado no princípio de contagem de bolhas, esse sensor é capaz de medir o volume de gases produzidos em experimentos em escala laboratorial, comumente encontrado nos estudos dobre fermentação e produção de biogás.
Conforme mostrado na foto ao lado, o sensor tem seu corpo confeccionado em acrílico, através da máquina de corte e gravação a laser.
Dentre os diversos modelos de sensores determinação da produção de gases e pequena escala (escala laboratorial), os sensores por contagem de bolhas são conhecidos desde 1974 e vem sendo empregado largamente desde então. Nossa principal inovação foi a alteração do material usado na fabricação do corpo do sensor e na inclusão de um sensor capacitivo para detectar a passagem das bolhas de gás.
Tradicionalmente, esse tipo de sensor tem o corpo confeccionado em vidro, embora seja um material abundante e quimicamente inerte, para a maioria das substâncias, o vidro é mecanicamente frágil. Além disso, a habilidade modelar este material para obter a forma do sensor é restrita a profissionais com larga experiência, que por sua vez é uma mão de obra escassa. Esses dois motivos, em minha opinião, eleva os custos de produção e restringe a aplicação em larga escala desse tipo
de sensor.
O acrílico, por outro lado, é um material abundante, de baixo custo, pequeno ou mesmo nulo risco ocupacional em sua manipulação (em comparação ao vidro e seu processo de moldagem). Além disso, a confecção do corpo do sensor pode ser realizado por meio de uma máquina de corte a laser. Este tipo de equipamento é muito comum, e pode ser encontrado a maioria das empresas de comunicação visual.
Além de substituirmos o vidro pelo acrílico, utilizamos um detector capacitivo com o objetivo de verificar a passagem das bolhas e “medir” a quantidade e gás produzido. Para isso, o detector foi acoplado a um sistema de aquisição de dados, formada por um microcomputador de placa única (Raspberry pi) e um interface gráfica desenvolvida em linguagem de programação Python.
Figura 2 - Processo de corte do corpo do sensor na máquina de corte e gravação a laser.
O sensor pode ser aplicado para determinação do volume de gás produzidos pelos mais diversos processos biológicos e químicos, desde que, na condição de escala laboratorial (pequenos volumes) e baixa vazão, condições tipicamente encontradas nos experimentos que investigam processos anaeróbios, como a fermentação alcoólica e produção de biogás. Além disso, desde que consideradas as condições ideais de aplicação, o sensor poderá ser utilizado em diversas atividades experimentais didáticas.
Sensores comerciais (baseados em outros princípios) que realizam a medida de volume de gás, automaticamente e em baixa vazão possuem custo proibitivo para a maioria dos pesquisadores, especialmente em países afetados pela redução de recursos financeiros para a pesquisa, como é o caso do Brasil. Assim, o principal benefício da nossa inovação é a redução de custos, seguida pela simplificação da confecção do sensor volumétrico. Esperamos que nossa inovação possa auxiliar pesquisadores, que tem como parte de rotina a determinação da produção de gases, nas mais diversas áreas de interesse científico e tecnológico.
Atualmente, o aluno do Programa de Pós-graduação em Tecnologias Ambientais, Adenilson Rodrigues dos Santos coorientado por mim e orientado pelo Prof. Dr. Laercio Mantovani Frare, está aplicando esse sensor em seus estudos sobre produção de biogás.
O resultado do trabalho foi publicado no volume 84, de abril de 2022, no periódico Flow Measurement and Instrumentation, com o título Improvements on time-resolved measurement of gas volume production in laboratories bench systems, este trabalho foi fruto da parceria entre os seguintes professores e alunos da UTFPR:
Professor Leandro S. Herculano – Departamento de Física – UTFPR-MD; Professor Laercio M. Frare – Departamento de Ciências Biológicas e Ambientais – UTFPR – MD; Professor Alex L. Guedes – Departamento de Engenharia Elétrica – UTFPR – MD; Discente Bruno F. Maihach – Curso de Bacharelado em Engenharia Elétrica – UTFPR – MD; Discente Jailson N. da Silva – Curso de Bacharelado em Engenharia Elétrica – UTFPR – MD; Professora Eliane Colla – Departamento de Alimentos – UTFPR – MD; Professor Marcos P. Belançon – Departamento de Física – UTFPR – MD
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