Sensores ultrassônicos piezoelétricos foram desenvolvidos para a caracterização de amostras sólidas e fluidas. Porém, a caracterização de fluidos com alta opacidade, como emulsões de água em petróleo cru, ainda precisa ser melhorada. Este trabalho desenvolve um conjunto de três sensores, capazes de serem instalados em diversas etapas de processos petroquímicos. O primeiro, uma sonda de transmissão pulso-eco operando a 3,5 MHz, mede a velocidade de propagação. O segundo, uma célula com linhas de atraso operando a 5 MHz, mede velocidade de propagação e atenuação. O terceiro, uma célula ultrassônica de retroespalhamento, foi utilizado para estudar o modo de maximizar a sensibilidade, mediante um modelo determinístico para encontrar a melhor distribuição dos componentes passivos. Devido à alta atenuação acústica nas emulsões de água em petróleo cru, a célula de retroespalhamento projetada neste trabalho foi usada como uma tentativa de quantificar o teor de petróleo em emulsões de petróleo em água, que apresentam menor atenuação. Levando em consideração o efeito da temperatura, os dois primeiros protótipos fabricados neste trabalho foram capazes de medir o teor de água em emulsões de água em petróleo de até 40% em volume com uma sensitibilidade de até 1.2 m=s por cada grau modificado na concentração. Para a célula com linhas de atraso, esse resultado foi alcançado mesmo com amostras fluidas. Embora o terceiro protótipo (célula de retroespalhamento) não tenha sido capaz de detectar o teor de petróleo na faixa de partes por milhão (ppm) em emulsões de petróleo cru em água, foi desenvolvido um critério de projeto para este tipo de tecnologia baseado em o modelo de espalhamento. As informações fornecidas pela sonda pulso-eco/transmissão e pela célula de linhas de atraso podem ser utilizadas para aperfeiçoar a separação da água nas primeiras etapas dos processos petroquímicos. Isto implica uma redução significativa na emissão de poluentes que causam o efeito estufa durante a produção de materiais à base de petróleo.

Piezoelectric ultrasonic sensors have been developed for the characterization of solid and uid samples. However, the characterization of uids with high opacity, such as waterin- crude oil emulsions, has much to be improved. This work develops a set of sensors, capable of being installed in several stages of petrochemical processes. The rst one, a pulse-echo-transmission probe working at 3.5 MHz, measures the propagation velocity. The second one, a delay line cell operating at 5 MHz, measures the propagation velocity and the attenuation. The third one, a backscattering ultrasonic cell, was used to study ways of maximizing sensitivity, using a deterministic model to nd the best distribution of the passive components. Due to the high acoustic attenuation in water-in-crude oil emulsions, the backscattering cell designed in this work was used in an attempt to quantify the oil content in crude oil-in-water emulsions, which have lower attenuation. Taking into account the temperature eect, the rst two prototypes manufactured in this work were able to measure the content of water in water-in-crude oil emulsions up to 40% in volume with a sensitivity up to 1.2 m=s per each degree variation in the concentration. For the delay line cell, this result was achieved even with owing samples. Even though the third prototype (backscattering cell) was not capable of detecting the crude oil content in a range of the parts per million (ppm) in crude-in-water emulsions, it was developed a design criterion for this sort of technology based on the scattering model. The information provided by the pulse-echo/transmission probe and by the delay line cell can be used to optimize the water separation in the rst stages of petrochemical processes. This implies a signicant reduction in the emission of pollutants that cause the greenhouse eect during the production of crude oil-based materials.