Pesquisa desenvolve tecnologia com IA para monitorar gás carbônico na indústria

O estudo desenvolvido na Unit combina sensores de infravermelho e inteligência artificial para medir CO₂ em sistemas industriais de alta pressão em tempo real, apoiando soluções de menor impacto ambiental

O desenvolvimento de tecnologias para a medição da presença de gás carbônico em processos industriais é tema de uma pesquisa de iniciação científica realizada na Universidade Tiradentes (Unit). O estudo, que está em andamento junto ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos (PEP) e ao Núcleo de Estudos em Sistemas Coloidais (Nuesc), do Instituto de Tecnologia e Pesquisa (ITP), investiga a possibilidade de usar plataformas de inteligência artificial e sensores de raios infravermelhos para medir a concentração de gás carbônico em sistemas multifásicos sob alta pressão.

A pesquisa, orientada pelos professores Cláudio Dariva, Ayslan Santos da Costa e Gustavo Rodrigues Borges, do PEP/Unit e do Nuesc/ITP, abre caminho para o desenvolvimento de tecnologias que aprimorem o controle e a redução da emissão de poluentes na atmosfera, principalmente em sistemas que operam na indústria e na produção de petróleo e gás. 

“Por exemplo: isso permite acompanhar o comportamento do CO₂ durante processos de recuperação avançada de petróleo e armazenamento geológico de carbono. Também possui potencial de aplicação em processos químicos, monitoramento ambiental e desenvolvimento de tecnologias relacionadas à captura e armazenamento de carbono, que são importantes para a redução das emissões de gases de efeito estufa”, explica a estudante Ana Clara Ferreira dos Santos, do quinto período de Engenharia Mecânica, que participa da pesquisa como bolsista de iniciação científica. 

De acordo com a estudante, o principal objetivo do estudo é desenvolver uma unidade experimental capaz de quantificar, em tempo real, a concentração de CO₂ em misturas como água, óleo e gás. 

Para isso, essa unidade utilizará a espectroscopia NIR, uma técnica óptica que utiliza a luz no infravermelho próximo para identificar características da composição química do fluido. 

E essa técnica seria associada à Inteligência Artificial para fazer uma análise simultânea de todos os dados levantados, construindo modelos capazes de prever precisamente a concentração de gás carbônico. Tudo isso acompanhando as propriedades de Pressão, Volume e Temperatura (PVT), fundamentais para entender o comportamento dos fluidos.

“Quando falamos em sistemas multifásicos, estamos nos referindo a misturas que possuem mais de uma fase, como água, óleo e gás coexistindo no mesmo sistema. A quantificação do CO₂ consiste em medir quanto desse gás está presente nessas misturas durante diferentes condições de pressão e temperatura. 
Tradicionalmente, isso exige a retirada de amostras e análises laboratoriais, o que pode ser demorado e alterar as condições do experimento”, detalha Ana Clara. 

O sistema em desenvolvimento na Unit utiliza sensores ópticos de infravermelho próximo (NIR), que conseguem analisar o fluido sem interromper o processo do equipamento. Depois, modelos de IA interpretam esses sinais ópticos e estimam a concentração de CO₂ em tempo real. 

“Essa integração permite um monitoramento contínuo do sistema, sem interromper os ensaios. A proposta é obter medições rápidas, confiáveis e sem necessidade de coleta constante de amostras para análises laboratoriais”, argumenta a aluna. 

O estudo ainda está em andamento e não tem uma conclusão definitiva, mas já chegou a uma revisão teórica sobre sistemas com gás carbônico, testes PVT, modelos usados na indústria de petróleo e gás e tecnologias de monitoramento com espectroscopia NIR e Inteligência Artificial. 

Também está sendo desenvolvido um equipamento para realizar testes em alta pressão e temperatura, cujos resultados iniciais indicam que ele atende aos requisitos previstos e pode integrar medições PVT e espectroscopia NIR. As próximas etapas serão testar e validar o equipamento, bem como desenvolver modelos de IA para medir a quantidade de CO₂. 

Sobre o impacto desse trabalho para a sociedade, a estudante de Engenharia Mecânica argumenta que o desenvolvimento de tecnologias capazes de monitorar o CO₂, de forma mais rápida e precisa, pode contribuir para processos industriais mais eficientes e sustentáveis. 

“Além disso, pesquisas nessa área auxiliam no desenvolvimento de soluções voltadas à captura, armazenamento e utilização do dióxido de carbono, temas considerados estratégicos no enfrentamento das mudanças climáticas e na transição para processos industriais de menor impacto ambiental”, ressaltou Ana Clara.

A pesquisa já foi apresentada no Congresso Brasileiro de Termodinâmica (CBTermo), que aconteceu entre os dias 17 e 22 de maio deste ano, em Brasília (DF). A expectativa é que, após a conclusão da etapa experimental e validação dos resultados, o trabalho seja apresentado em outros eventos científicos e posteriormente submetido para publicação em revistas especializadas. 

Além de Ana Clara Ferreira e dos professores orientadores, a equipe da Unit é formada por dois alunos de mestrado e um de doutorado do PEP, um pesquisador de pós-doutorado do ITP e outro aluno de graduação das Engenharias, como bolsista de iniciação científica. 

O projeto conta ainda com o apoio do Programa de Formação de Recursos Humanos (PRH), criado pela Agência Nacional do Petróleo (ANP).