A Tomografia por Impedância Elétrica (TIE) é um método relativamente novo e barato para a obtenção de imagens no interior de um corpo fechado. A TIE possui grandes vantagens em relação a métodos tradicionais de tomografia, como o tamanho reduzido da aparelhagem e o baixo custo do equipamento, além de fazer uso de radiação não-ionizante (campo elétrico) que reduz drasticamente os riscos à saúde humana, desde que sejam obedecidos os limites de corrente elétrica.

Como objetivo inicial procurou-se adaptar a tecnologia da TIE em tubulações com fluidos multifásicos, buscando, desta forma, a aplicação como auxílio na taxação sob a extração do petróleo. Neste caso, como em muitas outras aplicações industriais, a parte imaginária da impedância pode ser mais relevante que a parte real, sendo comum chamar-se a TIE de Tomografia por Capacitância Elétrica (TCE).

Ao longo do projeto encontramos várias dificuldades, uma delas estava no tempo gasto para a construção de geometrias a serem usadas na simulação dos valores capacitivos gerados entre os eletrodos do tomógrafo, para isso foi criado o FAstcap file Creator (FAC). O FAC é uma ferramenta computacional responsável pela geração de geometrias de dielétricos para estudo das capacitâncias a partir de corpos prismáticos. A aproximação das estruturas é feita a partir de placas quadradas e triangulares capazes de serem lidas por um software de simulação.

Antes de iniciar a construção do tomógrafo, foram feitas várias simulações a fim de dimensionar os eletrodos para a geração de uma capacitância satisfatória (na ordem de picofarads). Através do FAstcap file Creator (FAC) foi possível criar as geometrias (eletrodos e dutos de diversas dimensões) capazes de serem lidas pelo FASTCAP, software responsável pelo cálculo das capacitâncias relativas entre cada eletrodo. Baseando-se nos valores capacitivos obtidos nas simulações das diversas geometrias foi possível projetar o tomógrafo que gerasse uma capacitância satisfatória (na ordem de 5pF).

A aquisição dos valores é feita em n*(n-1)/2 medições de impedância a partir de n eletrodos fixados à superfície de um corpo. Tais eletrodos devem ocupar de 25 a 80% da área total da superfície do corpo. No nosso caso utilizamos um cano de PVC rígido com oito fitas adesivas de cobre (1cmx40cm) em seu contorno.

Para um maior controle da corrente elétrica é conveniente injetar-se corrente e observar o valor da tensão entre dois eletrodos calculando a impedância relativa entre os mesmos. No nosso caso, as impedâncias foram aferidas através de um aparelho capaz de medir qualquer impedância (capacitância, indutância e resistência) com alta precisão; o impedancímetro.

As medidas obtidas são processadas num software que através algoritmos de reconstrução, faz uso das impedâncias elétricas relativas entre um número finito de eletrodos dispostos sobre a superfície do corpo.

Através do uso do FAC foi possível reduzir drasticamente o tempo gasto no processo de simulação, mais especificamente na construção das geometrias usadas neste processo: Antes a geração das geometrias era feita manualmente e durava dias, com o uso do FAC esta etapa passou a levar alguns segundos, além de reduzir os erros que surgiam por conta de cálculos e digitação.

Obtivemos valores capacitivos coerentes com o resultado das simulações no FASTCAP usando os arquivos gerados pelo FAC. Observou-se, porém, um erro aleatório gerado pela impedância relativa dos fios que ligavam os eletrodos ao impedancímetro, tal erro foi reduzido com o uso de cabos coaxiais aterrados à estrutura metálica do impedancímetro.

Ao usarmos o ar como dielétrico obtivemos, para eletrodos diametralmente opostos, uma capacitância de aproximadamente 2pF e para eletrodos adjacentes uma capacitância de 5pF. Usando a água como dielétrico obtivemos valores capacitivos numa faixa estreita de valores (em torno dos 17pF) por conta da alta permissividade da água (80 vezes maior que o ar) e do não confinamento do campo para o interior do tomógrafo.

Outros testes realizados com um cilindro de madeira (de raio 0,5cm e permissividade relativa 3) dentro do tomógrafo comprovaram a variação capacitiva do tomógrafo. Ao variarmos a posição do cilindro no interior do tomógrafo obtivemos variações de até 1pF entre os eletrodos. 

O processo de simulação é essencial para o desenvolvimento de um protótipo. É na simulação que os objetivos são estabelecidos e os caminhos para chegar a estes são traçados. Portanto o desenvolvimento de um software que acelerasse o processo, reduzindo erros nas simulações foi de fundamental importância. O FAC, aliado ao FASTCAP, mostrou-se uma poderosa ferramenta no processo de simulação de valores capacitivos para um tomógrafo de impedância elétrica aplicado a dutos com fluido multifásico.

A partir das medidas realizadas com uma simples matriz de eletrodos observamos que, mesmo sendo gerado um ruído devido ao não confinamento do campo elétrico para o interior do corpo, foi possível realizar medições com precisão suficiente para reconstruir a imagem no interior do tomógrafo, comprovando a baixa complexidade do equipamento necessário na TIE.

Após o estudo da aquisição de valores buscamos agora a automatização do processo, visando reduzir ao máximo a intervenção humana no processo e, consequentemente, a quantidade de erros. Tal sistema está sendo desenvolvido com o auxílio da linguagem VHDL.