Måling av luciferase

3.2.1 Aparato de aquisição de imagens

A medição das propriedades geométricas e velocidade da onda interfacial foram feitas com o auxílio de uma câmera de alta definição (SONY HVR-HD 1000N, com taxa de aquisição de 30 quadros/s, resolução de 1080i, Lentes Carl Zeiss Vario-Sonnar T, zoom 10x (óptico), distância focal entre 5,4 a 54 mm e diâmetro do filtro: 37 mm) e uma câmera de alta velocidade (taxa máxima de 33.000 quadros/segundo) modelo i-SPEED 3 OLYMPUS, utilizada a uma taxa de 100 quadros/segundo, na resolução máxima de 800x600 pixels, com 2 lentes NIKON, AF NIKKOR, distância focal de 50 e 28 mm, abertura máxima de f/1,4 e f/2,8 respectivamente). De acordo com Pereira (2011) a taxa de 30 quadros/s já seria suficiente para aquisição das imagens da onda interfacial. As câmeras foram instaladas em pedestais. Para a iluminação foram utilizadas duas lâmpadas xenon posicionadas atrás da seção de visualização; dessa maneira poder-se-ia, com o uso delas, reduzir a interferência do óleo que se adere à tubulação e obter maior detalhe do escoamento. Para diminuir o efeito de lente, seções de visualização especificadas na Seção 3.1.2 foram utilizadas.

3.2.2 Tratamento de imagens

Com a utilização dos equipamentos descritos na seção anterior, imagens da onda interfacial como da Figura 3.17, são obtidas a partir dos vídeos. Tais imagens são tratadas em um software de análise de imagens desenvolvido em plataforma LabVIEW®. Com este software é possível a medição das propriedades geométricas e cinemáticas da onda interfacial. A análise destes dados é o primeiro passo para análise do crescimento de instabilidades no escoamento.

Figura 3.17 – Imagem da onda interfacial do escoamento líquido-líquido em escoamento na horizontal, com velocidade superficial de óleo de 0,06 m/s e velocidade superficial de água de 0,16 m/s.

O programa de análise de imagens utilizado foi descrito de forma detalhada por Pereira (2011). No entanto, a versão utilizada neste trabalho tem algumas melhorias implementadas, que serão descritas abaixo. O programa é dividido em quatro partes. A primeira faz a binarização da imagem, reconhecimento da interface, e conversão de pixels em mm, transformando a mesma em um arquivo de texto com coordenadas (mm) de cada ponto da interface (Figura 3.18) em cada quadro.

Um segundo programa faz a separação da interface nas ondas que a compõem, tal separação era feita através de filtros de Fourier, na primeira versão do programa (PEREIRA, 2011). Na versão utilizada, as ondas são separadas pela mudança no valor da derivada do sinal da interface; no entanto, ondas de diversos tamanhos, incluindo ruídos poderiam ser computadas. Para evitar tal erro, parábolas com determinado número de pontos, definido pelo usuário, são ajustadas à interface no programa atual: caso a onda separada contenha uma parábola como esse número mínimo de pontos ela é computada; caso contrário, são descartadas. O processo parece ser pior que a utilização de filtros de Fourier; no entanto, é de extrema importância para determinação da forma da onda interfacial média, sem as distorções que o filtro de Fourier pode produzir. Assim, é possível a recuperação da forma da onda do mar na região de arrebentação e não uma senóide, como quando os filtros de Fourier são usados. Este programa também realiza a medição do comprimento de onda, de todas as ondas separadas. Após isso, o mesmo programa efetua a medição das amplitudes de cada onda. Para evitar ambiguidades, faz-se a medição da amplitude de um pico da onda em relação ao seu vale à direita e à esquerda, e efetua-se uma média desses dois valores; pelo fato de as ondas não serem simétricas, lembrando a forma de uma onda do mar, a preferência por um dos lados poderia incorrer em super ou subdimensionamento da amplitude das ondas. Uma normalização das ondas é feita, sendo que o comprimento de onda é normalizado pelo maior comprimento de onda medido e a amplitude é normalizada pelo diâmetro da tubulação (26 mm). Outra mudança no programa foi a possibilidade de separação das ondas por picos ou por vales; essa modificação foi importante para recuperação da forma média da onda pois, devido à velocidade relativa entre as fases, esta se apresenta como uma onda do mar invertida, sendo a reconstrução desta imagem somente possível caso uma separação por picos das ondas fosse feita. A interface do programa utilizado é apresentada na Figura 3.19.

Figura 3.19 – Programa de filtragem da onda interfacial

A terceira parte do programa faz a PDF dos comprimentos de onda e amplitudes e encontra o comprimento de onda e amplitude da onda média para cada par de vazões de líquidos (Figura 3.20).

O quarto programa faz a medição da velocidade da onda através de correlação cruzada entre dois frames consecutivos. No caso, este programa continha o erro de fazer a correlação de ondas já filtradas, visto que o filtro de Fourier, ao filtrar as ondas, acaba adiantando cada onda de diferentes formas, fazendo com que a celeridade calculada estivesse errada. O novo programa faz a correlação cruzada das ondas não filtradas, gerando a PDF da celeridade. Assim, obtêm-se a celeridade média da onda interfacial, para cada par de vazões de líquidos (Figura 3.21).

Figura 3.21 – Programa de correlação cruzada para cálculo da celeridade da onda.

A validação da relação entre as dimensões da onda filmada e as dadas pelo software foi feito com outro software de geração de ondas de dimensões conhecidas. Tal software foi utilizado na validação das medidas das dimensões das ondas e na utilização das técnicas de filtragem e separação das ondas utilizadas. Assim, o software só foi utilizado após diversos testes com as imagens produzidas pelo software auxiliar.