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Montagem de bancada de testes para instrumentação da área de gás natural
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UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
MARCELO FLORES BORDIN
ESTUDO DOS ASPECTOS E PARÂMETROS ENVOLVIDOS NA MEDIÇÃO DE
VAZÃO DE GÁS NATURAL PARA MEDIDORES DOS TIPOS ROTATIVOS.
CAXIAS DO SUL
2011
MARCELO FLORES BORDIN
ESTUDO DOS ASPECTOS E PARÂMETROS ENVOLVIDOS NA MEDIÇÃO DE
VAZÃO DE GÁS NATURAL PARA MEDIDORES DOS TIPOS ROTATIVOS
Relatório de Estágio II de Conclusão de Curso de Graduação, apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Universidade de Caxias do Sul, como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Mecânico. Orientador: Prof. Dr. Carlos R. Altafini
CAXIAS DO SUL
2011
RESUMO
Devido ao padrão de exigência das normas vigentes e aos altos valores
financeiros que cercam o mercado de distribuição de gás natural no estado do Rio
Grande do Sul, faz-se necessário um estudo dos aspectos e parâmetros envolvidos
na medição de vazão desse insumo. A necessidade em particular, se apresenta para
os sistemas com medidores dos tipos turbina e rotativo, de forma a desenvolver
cálculos financeiros, evidenciando a necessidade de ter-se um controle metrológico
que atenda as normas nacionais e que minimize os erros de medição. Este trabalho
apresenta uma revisão teórica sobre os sistemas de medição de vazão, medidores
de vazão, fontes de erros e incertezas de um sistema de medição de vazão. Além
disso, mostra a confirmação metrológica e conceitos gerais para o desenvolvimento
de uma bancada de medição de vazão, sendo apresentada proposta para a
construção de uma bancada de medição de vazão para medidores dos tipos turbina
e rotativo, com objetivo de fazer-se manutenção, ajuste e ensaios de desempenho
nos medidores de vazão dos tipos referidos pertencentes a Companhia de Gás do
Estado do RS – Sulgás. O trabalho mostra também um estudo de viabilidade técnica
e econômica para implantação de um laboratório de medição de vazão,
evidenciando os custos acerca desse investimento e mostrando os modos de
retorno através de análise por payback period, buscando resultados financeiros para
evitar que os erros advindos dos medidores de vazão se tornem impactantes para a
arrecadação da empresa.
Palavras-chave: gás natural, sistema de medição de vazão, medidores de vazão,
calibração.
ABSTRACT
Due to the demanding standards of rules and high financial values involving
the market for natural gas distribution in the state of Rio Grande do Sul, it’s
necessary to study the issues and parameters involved in flow measurement of this
input. The need in particular is presented for systems with turbine meters and rotary
types, in order to develop of financial calculations showing the need of having a
metrology control that meets national standards and to minimize measurement
errors. This work presents a theoretical on the flow measurement systems, flow
meters, sources of errors and uncertainties of a system of flow measurement. It also
shows the metrological confirmation and the general concepts for the development of
a laboratory measurement of flow meters, being presented a proposal for
construction of a laboratory measurement of flow meters for the turbine and rotary
types, in order to make yourself maintenance, tuning and performance tests on flow
meters of the type of belonging to the Companhia de Gás do Estado do RS - Sulgás.
The work also shows a study of technical and economic feasibility for the
implementation of a laboratory, showing the costs of this investment and about the
ways of showing return through analysis of payback period, seeking results financial
resources to prevent errors arising from the flow meters to become striking for the
collection of this company.
Keywords: natural gas, flow measurement system, flow meters, calibration
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Cadeia do gás natural com os diversos tipos de medidores empregados 16
Figura 2 – Construção típica de um medidor tipo turbina para gás 19
Figura 3 – Medidor tipo turbina 20
Figura 4 – Medidor de lóbulos rotativos em corte 21
Figura 5 – Sequência de operação de um medidor de lóbulos rotativos 22
Figura 6 – Bancada de calibração de medidores de vazão do Ctgás 29
Figura 7 – Bancada de calibração de medidores de vazão da TransCanada 30
Figura 8 – Configuração típica de uma bancada de medição de vazão utilizada para
testes e calibração de medidores de vazão 31
Figura 9 – Fluxo de trabalho para o estudo de viabilidade técnica e econômica para
a construção do laboratório de medição de vazão 41
Figura 10 – Bancada de testes projetada para o laboratório de medição de vazão da
Sulgás 432
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Classificação dos princípios de medição de vazão 17
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Classificação dos medidores tipo turbina e rotativo 18
Tabela 2 – Número de clientes por segmento ano a ano 321
Tabela 3 – Crescimento do número de clientes por segmento (em %) 332
Tabela 4 – Preços dos serviços do termo de cooperação técnico-científica entre a
Sulgás e o Ctgás 343
Tabela 5 – Valores de frete pagos pela Sulgás no transporte de medidores de vazão
em 2010 365
Tabela 6 – Custo para calibração de medidores de vazão (2011) 376
Tabela 7 – As found do medidor do tipo turbina G1000 do cliente A 387
Tabela 8 – As left do medidor do tipo turbina G1000 do cliente A 398
Tabela 9 – Erros máximos admissíveis para medidores de vazão dos tipos turbina e
rotativo 398
Tabela 10 – Vazão de transição para medidores de vazão dos tipos turbina e rotativo
398
Tabela 11 – Simulação financeira do erro encontrado em as found para uma
determinada condição de vazão 39
Tabela 12– Orçamento para construção do laboratório de medição de vazão da
Sulgás 40
Tabela 13 – Simulação financeira do erro encontrado em as found no certificado de
calibração Nº 113/09-LMVG do Ctgás para o cliente B do segmento
veicular 49
Tabela 14 – Análise de payback para o erro encontrado em as found simulado para
o cliente B diante do investimento orçado para o laboratório de medição
de vazão 49
Tabela 15 – Previsão do custo para calibração de medidores de vazão para 2011,
com base em um novo intervalo de calibração 510
LISTA DE SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
AGA American Gas Association
ANP Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biodiesel
Ctgás Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis
GNC Gás Natural Comprimido
GNV Gás Natural Veicular
IEC International Electrotechnical Commission
Inmetro Instituto Nacional Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial
ISO International Organization for Standardization
IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas
OIML Organisation Internationale de Metrologie Legale
SI Sistema Internacional de Unidades
Sulgás Companhia de Gás do Estado do Rio Grande do Sul
TBG Transportadora Brasileira do Gasoduto Bolívia-Brasil S.A.
VIM Vocabulário Internacional de Metrologia
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 11
1.1 DESCRIÇÃO DA EMPRESA 12
1.2 AMBIENTE DE ESTÁGIO 12
1.3 JUSTIFICATIVA 13
1.4 OBJETIVOS DO ESTUDO 13
2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS 15
2.1 A CADEIS DO GÁS NATURAL E OS SISTEMAS DE MEDIÇÃO
EMPREGADOS 15
2.2 MEDIDORES DE VAZÃO 16
2.2.1 Classificação e os tipos de medidores empregados 17
2.2.2 Medidores lineares 18
2.2.3 Medidores rotativos 20
2.3 FONTES DE ERROS E INCERTEZAS DE UM SISTEMA DE MEDIÇÃO DE
VAZÃO 22
2.4 CONFIRMAÇÃO METROLÓGICA 25
2.4.1 Necessidade da confirmação 25
2.4.2 Calibração 26
2.4.3 Ajuste 26
2.4.4 Principais tipos de calibração 27
2.5 BANCADA DE MEDIÇÃO DE VAZÃO E OS SEUS COMPONENTES 287
3 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 32
3.1 SITUAÇÃO ATUAL DA PROBLEMÁTICA 32
3.1.1 Tendências de mercado 32
3.1.2 A parceria entre a Sulgás e o Ctgás 33
3.1.3 Representatividade da calibração, manutenção e ajuste dos medidores tipo
turbina e rotativo para a Sulgás 37
3.2 METODOLOGIA DO TRABALHO 41
3.2.1 Fluxo do trabalho 41
3.3 ANÁLISE DAS NECESSIDADES DE UM LABORATÓRIO DE MEDIÇÃO DE
VAZÃO 42
3.4 DEFINIÇÃO DO LAYOUT DO LABORATÓRIO DE MEDIÇÃO DE VAZÃO
421
3.4.1 Sensor e transmissor de temperatura 443
3.4.2 Sensor e transmissor de pressão 443
3.4.3 Medidores de volume 443
3.4.4 Tubulação utilizada na construção da bancada
443
3.4.5 Interface de aquisição de sinais e sistema de aquisição de dados 454
3.4.6 Software aplicativo 454
4 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 46
4.1 ORÇAMENTO DO LABORATÓRIO DE MEDIÇÃO DE VAZÃO 46
4.2 AVALIAÇÃO DO RETORNO DO INVESTIMENTO PELO MÉTODO DE
PAYBACK PERIOD 47
5 CONCLUSÃO 532
5.1 OPORTUNIDADES PARA TRABALHOS FUTUROS 543
REFERÊNCIAS 554
APÊNDICE A – VERIFICAÇÃO DAS MEDIDAS DE VAZÃO E PERDA DE CARGA
PARA UM MEDIDOR DE LÓBULOS ROTATIVOS 56
APÊNDICE B – ANÁLISE DAS NECESSIDADES DE UM LABORATÓRIO DE
MEDIÇÃO DE VAZÃO DE ACORDO COM A NBR ISO/IEC 17025 61
APÊNDICE C – PROJETO DA BANCADA DE MEDIÇÃO DE VAZÃO DO
LABORATÓRIO 66
11
1 INTRODUÇÃO
Nos últimos anos, as questões relativas a controle metrológico de elementos
de medição têm sido objeto de crescentes preocupações para as indústrias que
atuam em diversas áreas da cadeia produtiva, em especial as indústrias nacionais
de petróleo, gás natural e derivados. Para atender esse mercado, a Agência
Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biodiesel – ANP, em conjunto com o Instituto
Nacional Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial – Inmetro, editou a
Portaria Conjunta n°. 01 (ANP, 2000), através da qual foi aprovado o Regulamento
Técnico de Medição de Petróleo e Gás Natural, estabelecendo as condições e os
requisitos mínimos para os sistemas de medição de petróleo e gás natural com
vistas a garantir a exatidão e as melhorias dos sistemas de medição. A edição dessa
regulamentação declara que os medidores de gás devem ser calibrados
periodicamente segundo requisitos de garantia da qualidade para equipamentos de
medição, por pessoal técnico/instituição acreditada junto ao Inmetro, bem como
atender os requisitos de controle metrológico estabelecidos pelo Inmetro.
Diante do exposto, vê-se que há grande necessidade de que as empresas do
setor de petróleo e gás incluindo as de distribuição de gás natural tenham um
modelo de atuação e infraestrutura capaz de assegurar que os resultados das
medições reflitam um sistema de medição confiável e em consonância com os
padrões tecnológicos regulamentares estabelecidos.
Para atender essa necessidade há, hoje, no país somente dois laboratórios
que possuem acreditação junto ao Inmetro para a área de medição de vazão, são
eles: IPT - São Paulo/SP e Ctgás – Natal/RN. Isso acarreta em um sistema difícil e
oneroso para se efetuar as calibrações (obtenção do que se chama de as found e de
as left) e pequenas manutenções nos medidores de vazão, pois é necessário enviar
a um dos dois laboratórios supracitados.
Uma forma de minimizar esse problema é avaliar a implantação de um
laboratório com uma bancada de medição de vazão, segundo as normas de projeto
e instalação de laboratórios para este fim. A disponibilidade de um laboratório dessa
natureza nas companhias de distribuição de gás natural, como é o caso da
Companhia de Gás do Estado do Rio Grande do Sul - Sulgás será muito útil,
12
podendo no futuro, uma vez acreditada, servir para prestação de serviços a
terceiros.
Uma maneira de estabelecer um sistema de medição confiável é analisar
todos os parâmetros envolvidos e criar procedimentos e rotinas de trabalho, com
base nas normas e portarias, que rejam as mais diversas formas de execução de
ações sem deixar dúvidas sobre a confiabilidade metrológica do sistema de medição
de vazão de gás natural.
1.1 Descrição da empresa
Este trabalho de estágio em Engenharia Mecânica está sendo realizado na
empresa Sulgás, companhia que possui concessão exclusiva da distribuição e
comercialização do gás natural no estado do Rio Grande do Sul.
A Sulgás foi criada em 1993 e atua como uma sociedade de economia mista,
tendo como acionistas o Estado do Rio Grande do Sul e a Petrobrás Gás S/A –
Gaspetro. Iniciou a comercialização do gás natural em 2000, com a conclusão do
gasoduto Bolívia-Brasil.
A companhia possui atualmente uma rede de gás canalizado de 520 km de
extensão contemplando 18 municípios via gasoduto e mais 19 por gasoduto virtual,
ou seja, gás transportado por carretas especiais, atendendo, assim, a 2711 clientes
divididos nos seguintes segmentos: indústrias – 101; estabelecimentos comerciais –
197; postos de combustíveis – 75; cogeração – 03; residências – 2336; termoelétrica
– 01.
Atualmente a Sulgás conta com 119 funcionários distribuídos nas unidades de
Porto Alegre, Canoas e Caxias do Sul. Em 2010 obteve uma receita bruta de
499.016.832,43 milhões de reais, com lucro líquido consolidado de 89.847.095,10
milhões.
1.2 Ambiente de estágio
O estágio está sendo realizado na gerência de Logística e Operações na
coordenadoria de Programação e Controle Integrado. A mesma é responsável pela
medição do consumo de gás, análise de processos, execução de rotinas e
13
procedimentos na área de medição de vazão. Dessa forma, auxiliando para o
desenvolvimento da proposta de trabalho, bem como outras etapas do processo.
1.3 Justificativa
Por ser a Sulgás uma empresa fornecedora de um insumo energético
extremamente útil para a comunidade em geral, nota-se a necessidade de averiguar
as questões e os aspectos mais importantes relacionados à medida do consumo
desse energético junto ao cliente. Nesse sentido, é essencial a calibração e a
manutenção dos medidores de vazão periodicamente e, por conseqüência,
importante conhecer precisamente os custos desses serviços para a Sulgás.
A companhia conta hoje com cerca de 250 medidores de vazão, desses, em
torno de 215 são dos tipos rotativo (lóbulos rotativos) e lineares (turbina),
contabilizando 86% do efetivo total de medidores. Desse efetivo tem-se mais de
90%, ou seja, a grande maioria deles, dispostos nos diâmetros de 2” e 3”.
Além do exposto acima, a principal motivação deste trabalho é de ordem
financeira, para que se possa identificar se a Sulgás está medindo de forma correta
o consumo de gás dos seus clientes, verificando se a empresa atende o que é
exigido em normas e portarias e o contrário também, se o que está escrito nas
normas e portarias atende a Sulgás. As demais motivações serão no intuito de
estabelecer novos procedimentos, rotinas de trabalho e propostas de melhorias no
sistema de medição de vazão de gás natural.
1.4 Objetivos do estudo
O objetivo geral do trabalho é desenvolver um estudo de viabilidade técnica e
econômica para a implantação de uma bancada ou laboratório de medição de vazão
de gás natural para medidores dos tipos rotativo e turbina visando à redução de
custos, incorporação tecnológica e a melhoria do sistema de medição de gás natural
da Sulgás.
Os objetivos específicos são: avaliar diversos métodos de medição de vazão
existentes na literatura, efetuar cálculos financeiros, desenvolver propostas de
melhorias em processos inclusive no estudo do intervalo ideal de calibração dos
medidores de vazão, rotinas e procedimentos de medição de vazão e,
14
principalmente, analisar diversos fatores quanto à construção de uma bancada de
medição de vazão para o uso da empresa.
15
2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Este capítulo descreve os fundamentos básicos de um sistema de medição de
vazão de gás, tipos de medidores mais empregados, tipos e métodos de calibração,
fontes de erros e incertezas e os elementos constituintes de uma bancada de vazão.
2.1 A cadeia do gás natural e os sistemas de medição empregados
Conforme Júnior (2007) o gás natural passa por uma série de etapas que vão
desde a exploração no poço, até chegar ao consumidor final. Passando pelas etapas
de produção, processamento, transporte e distribuição para, então, chegar ao
consumidor final. Nesse caminho, o gás é comprimido e transportado ao longo de
centenas de quilômetros de tubulações que compõem as malhas de gasodutos as
quais cruzam fronteiras de estados e de municípios, passando por estações de
regulagem e medição até chegar às concessionárias distribuidoras que entregam o
gás natural aos seus clientes.
Em cada uma dessas etapas o gás natural é movimentado sob a
responsabilidade de uma empresa diferente que, sequencialmente, o repassa para a
próxima empresa e todos esses repasses exigem um sistema de medição específico
e dedicado. A Figura 1, citada por Júnior (2007), demonstra a cadeia de medição do
gás natural com os seus respectivos medidores.
No caso das concessionárias de distribuição de gás natural o sistema de
medição empregado utiliza basicamente quatro tipos de medidores de vazão, que
são:
a) medidor tipo turbina;
b) medidor de lóbulos rotativos;
c) medidor tipo diafragma; e
d) placa de orifício.
Dentre esses medidores, dá-se destaque, devido à utilização em grande
escala e aos altos volumes medidos, aos medidores tipo turbina e lóbulos rotativos.
16
Figura 1 – Cadeia do gás natural com os diversos tipos de medidores empregados
Fonte: Adaptado de Júnior (2007).
2.2 Medidores de vazão
Segundo Souza (2007) a medição da vazão de fluidos está presente há
muitos anos na era da modernidade. Em muitos processos industriais, ela é uma
necessidade, sem a qual dificilmente poderiam ser controlados ou operados de
forma segura e eficiente. O tipo de medidor a usar sempre irá depender do fluido, do
17
seu estado físico (líquido ou gasoso), das características de precisão e
confiabilidade desejadas, entre outros fatores.
2.2.1 CLASSIFICAÇÃO E OS TIPOS DE MEDIDORES
De acordo com Delmeé (2003) a classificação dos medidores de vazão pode
ser feita de várias maneiras. O Quadro 1 separa os tipos de medidores em quatro
grandes grupos, segundo o principio de medição.
Quadro 1 – Classificação dos princípios de medição de vazão
Fonte: Delmeé (2003).
Segundo a Portaria do Inmetro nº. 114 de (BRASIL, 1997), os medidores tipo
turbina e rotativo, medidores que aqui serão estudados, devem ser classificados
conforme sua designação e faixa de medição, de acordo com a Tabela 1.
18
Tabela 1 – Classificação dos medidores tipo turbina e rotativo
Designação do medidor * Qmáx Faixa de medição
01:10 01:20 01:30 01:50
(G) m³/h Qmin m³/h
16 25 2,5 1,3 0,8 0,5
25 40 4,0 2,0 1,3 0,8
40 65 6,0 3,0 2,0 1,3
65 100 10,0 5,0 3,0 2,0
100 160 16,0 8,0 5,0 3,0
160 ** 250 25,0 13,0 8,0 5,0
250 ** 400 40,0 20,0 13,0 8,0
400 ** 650 65,0 32,0 20,0 13,0
650 ** 1000 100,0 50,0 32,0 20,0
1000 ** 1600 160,0 80,0 50,0 32,0
Fonte: Brasil (1997). * A designação G pode ser usada como referência nominal. ** São aceitos medidores de designação igual a múltiplos decimais.
2.2.2 MEDIDORES LINEARES
São considerados lineares os medidores de vazão que produzem um sinal de
saída diretamente proporcional à vazão, com fator de proporcionalidade constante,
ou aproximadamente constante, na faixa de medição, dentre esses medidores está o
medidor tipo turbina conforme explica Delmeé (2003).
De acordo com Souza (2007) os medidores do tipo turbina são os medidores
mais utilizados para medir fluxos de líquidos e gases. Esses medidores são
classificados, também, como medidores do tipo velocimétricos. Basicamente, seu
princípio de funcionamento pode ser entendido da seguinte maneira: possui um
rotor, cujas lâminas são impelidas pelo movimento do fluxo de gás que pode incidir
nos sentidos radial, tangencial ou axial, dependendo da disposição de construção do
rotor. A velocidade do rotor é linearmente proporcional ao volume deslocado. O
volume de gás medido é determinado pela contagem do número de revoluções do
rotor e a totalização desta vazão em volume pode ser realizada mecanicamente,
através de um redutor de engrenagens que aciona um indicador ou,
19
eletronicamente, através de um sensor que detecta o número de giros do rotor que
através de circuitos faz a contagem dos pulsos gerados digitalmente. A Figura 2
adaptada de AGA (2006) mostra a construção típica de medidor tipo turbina.
Figura 2 – Construção típica de um medidor tipo turbina para gás
Fonte: Adaptado de AGA (2006).
Fator K:
De acordo com Ribeiro (2003) a sensitividade da turbina é o seu fator K, que
é a conexão entre os pulsos de saída da turbina (revoluções por segundo) e a vazão
(volume por segundo). Como consequência, o fator K é expresso em revoluções por
m³. Frequentemente se usa o K médio, que é a sensitividade medida em toda a faixa
de interesse do usuário.
Desempenho:
Ribeiro (2003) define que a característica mais importante do medidor tipo
turbina é sua altíssima precisão. A turbina é tão precisa que é considerada como
padrão secundário industrial, de modo que a turbina pode ser usada como um
padrão de transferência para a aferição e calibração de outros medidores. Ela
necessita da calibração para o estabelecimento do fator K do medidor e das
características gerais de desempenho. A precisão do medidor tipo turbina depende
20
do erro inerente da bancada de calibração. Os parâmetros da precisão do medidor
são a repetitividade e a linearidade dos valores obtidos.
Por ser um medidor com relação matemática linear entre a frequência e a
vazão, a turbina possui uma rangeabilidade típica de 10:1. A vazão máxima pode ser
estendida além de 100%, durante curtos intervalos de tempo, sem estrago para a
turbina. As penalidades possíveis pela operação acima da faixa são o aumento da
queda de pressão através da turbina e um desgaste maior dos mancais devido à
maior aceleração. A Figura 3, citada em RMG (2004), traz um medidor tipo turbina
utilizado geralmente para medição de gás em consumidores industriais.
Figura 3 – Medidor tipo turbina
Fonte: RMG (2004).
2.2.3 MEDIDORES ROTATIVOS
Os medidores rotativos são medidores volumétricos, e também chamados de
medidores de deslocamento positivo, destinam-se essencialmente à medição de
volumes, embora alguns também forneçam uma saída analógica proporcional a
vazão, assim a vazão também pode ser calculada, por meio de acessórios
mecânicos ou eletrônicos, de forma contínua, derivando matematicamente o volume
no tempo, conforme Delmeé (2003).
21
Existem diferentes soluções construtivas de medidores volumétricos.
Contudo, o mais aplicado para medição de gás natural é o medidor de lóbulos
rotativos.
Segundo Imeter (2007) os medidores de lóbulos são geralmente usados para
medição de gases. Além da parte do corpo que constitui o volume de medição, o
medidor possui necessariamente uma câmara com dois lóbulos que fazem rodar
duas engrenagens, mantendo sempre uma parte dos lóbulos com um espaço
mínimo. A Figura 4 citada em Imeter (2007) mostra um medidor de lóbulos rotativos
em corte.
Figura 4 – Medidor de lóbulos rotativos em corte
Fonte: Imeter (2007).
O princípio de operação desse medidor consiste em uma pressão diferencial
a montante e a jusante dos dois lóbulos que possuem rotações em sentidos
contrários um em relação ao outro e, assim sendo, um volume fixo e conhecido de
gás passa através das câmaras de medição quatro vezes a cada rotação. O volume
de gás medido é proporcional ao número de rotações. A Figura 5 citada em
RootsMeter (2008) demonstra a sequência de operação de um medidor de lóbulos
rotativos.
De acordo com Ribeiro (2003) os medidores de vazão de deslocamento
positivo são considerados geradores de pulso, porque cada volume discreto de
22
fluido é representado por um pulso ou uma unidade contável. A soma dos pulsos
resulta na quantidade total da vazão.
Figura 5 – Sequência de operação de um medidor de lóbulos rotativos
Fonte: Dresser RootsMeter (2008).
A precisão varia tipicamente de ±0,5 a ±1% da vazão medida. A
rangeabilidade pode variar entre 20:1 e 50:1.
A precisão e a repetitividade são convenientes para aplicações de
transferências comerciais, de bateladas ou consumos intermitentes, diferentemente
do medidor do tipo turbina, se encaixando em uma demanda de mercado
interessante, devido ao fato de que o seu custo em geral é inferior ao de um medidor
tipo turbina. Outra característica interessante é que o perfil existente da velocidade
no fluido não altera o seu desempenho, de modo que o medidor pode ser colocado
praticamente em qualquer parte da tubulação do sistema.
2.3 Fontes de erros e incertezas de um sistema de medição de vazão
OIML (2004) define que a incerteza de medição é um parâmetro, associado
ao resultado de uma medição, o qual caracteriza a dispersão dos valores que
poderiam ser razoavelmente atribuídos ao valor medido.
De acordo com Fidélis (2007) um dos grandes problemas ocorridos com os
equipamentos no ambiente de trabalho, independentemente da qualidade do
equipamento utilizado, é a sua degradação. Ela faz com que a informação medida
pelo mesmo aumente o erro de medição com o decorrer do tempo, ou seja, passa a
indicar valores que não são coerentes com os valores reais da grandeza física
medida, ultrapassando as limitações normativas ou contratuais de tolerância.
Bluvshtein (2007) comenta que a incerteza do resultado da medição quantifica
um possível erro de medição e reflete a falta do nosso conhecimento do valor
medido.
23
A inexatidão na medida faz com que seja necessária uma calibração no
equipamento. Para isso, deve-se retirar o equipamento do campo, levá-lo ao
laboratório e calibrá-lo em relação a um padrão. Esse processo pode levar muito
tempo e gerar prejuízos econômicos, pois o processo que está sendo realizado pode
ser interrompido. Como é desconhecida a periodicidade ideal para se retirar um
equipamento do campo e realizar o processo de calibração, corre-se o risco de
retirá-lo antes do tempo ideal, o que provocaria uma subutilização, ou, ainda, fazer a
calibração de forma tardia, o que levaria a um aumento no erro da medição
conforme Ribeiro (2003).
Não é possível fazer uma medição sem erros ou incertezas, contudo devem-
se manter os erros e a estimativa das incertezas dentro de faixas ou limites
aceitáveis. As incertezas e os erros não podem ser completamente eliminados, pois
o valor verdadeiro, obtido por uma medição perfeita, é desconhecido. Porém, o valor
provável do erro pode ser avaliado.
Júnior (2007) considera que erro de medição calculado em uma calibração
não se refere apenas ao erro de um elemento medidor, mas sim ao erro de todos os
componentes do processo de medição, ou seja, esse erro calculado resulta de um
somatório dos erros de cada componente do sistema de medição. Portanto, a
exatidão final obtida depende de associação entre os componentes dos erros.
As incertezas de medição aplicadas ao sistema de medição de vazão de gás
natural são somadas ao longo da cadeia de medição que se constituem
basicamente dos seguintes elementos de acordo com OIML (2004):
a) medidor de vazão;
b) manômetro analógico;
c) sensor/transmissor de pressão (muitas vezes integrado ao computador de
vazão);
d) sensor/transmissor de temperatura (muitas vezes integrado ao
computador de vazão);
e) computador de vazão ou eletrocorretor; e
f) software de processamento de dados.
Todos esses elementos são dispostos na cadeia de forma a desempenhar a
medição com base na lei dos gases abaixo conforme a Equação 1 de AGA (2006):
24
(1)
Para as condições de operação temos a Equação 2.
(2)
Para as condições de base, onde:
= Pressão absoluta;
= Volume;
= Fator de Compressibilidade;
= Número de mols do gás;
= Temperatura absoluta;
= Constante do gás universal;
= Condições de operação;
= Condições de base.
Segundo AGA (2006) desde que R seja a constante do gás, sem levar em
consideração a pressão e a temperatura, e para um mesmo número de mols do gás
(N), as duas equações podem ser combinadas gerando a Equação 3 para formar:
(3)
Onde:
;
= Pressão estática;
= Pressão atmosférica;
= Pressão nas condições de base;
= Temperatura nas condições de base.
Como a vazão (Q) é a medição do volume no decorrer do tempo, sua
equação pode ser estendida também para o cálculo da taxa de vazão nas condições
de base, condições de temperatura e pressão estipuladas pela ANP para a
comercialização do gás natural no território brasileiro, resultando na Equação 4 de
acordo com Júnior (2007).
(4)
25
2.4 Confirmação metrológica
Comprovação ou confirmação metrológica é o conjunto de operações
necessárias para assegurar que um dado instrumento de medição esteja em
condições de conformidade com os requisitos para o uso pretendido conforme a
Norma NBR ISO 10012-1 (ABNT, 1993). O termo confirmação metrológica é um
termo criado recentemente e inclui, entre outras atividades:
a) calibração;
b) ajuste;
c) manutenção;
d) lacração; e
e) marcação com etiqueta.
2.4.1 NECESSIDADE DA CONFIRMAÇÃO
Segundo Schieber (2000) com grandes volumes de gás natural sendo
comercializados diariamente, pequenos erros negativos podem resultar em milhares
de dólares em receitas perdidas tanto para o transporte como para a distribuição de
gás. Assim, para minimizar os erros de medição, é necessário calibrar os medidores
de gás natural periodicamente.
Conforme Ribeiro (2003) a exatidão de qualquer medição é uma comparação
da conformidade desta medição com o padrão. A manutenção de padrões e a
calibração de equipamentos de teste é um processo muito caro, mas o desempenho
de todo o sistema depende diretamente da exatidão de cada componente do
sistema. Embora o equipamento de medição muito exato seja caro, reduzir o custo
deste equipamento significa piorar o seu desempenho e diminuir sua precisão. Os
principais motivos para justificar a calibração de um instrumento são:
a) garantir que a medição do instrumento seja a mais exata possível;
b) melhorar e manter a qualidade do sistema que depende da medição do
instrumento; e
c) atender exigências legais ou de contratos comerciais, principalmente
quando estão envolvidas a compra e venda de produtos através da
medição.
26
2.4.2 CALIBRAÇÃO
Inmetro-Vim (2007) define que calibração é o conjunto de operações que
estabelece, sob condições especificadas, a relação entre os valores indicados por
um instrumento de medição ou sistema de medição ou valores representados por
uma medida materializada ou um material de referência, e os valores
correspondentes das grandezas estabelecidos por padrões.
Segundo a NBR ISO/IEC 17025 (ABNT, 2005) a calibração só é confiável e
tem significado quando for feita com base em medições replicadas e usando-se as
mesmas como base de decisão, conforme procedimentos claros e objetivos, escritos
pelo executante, em ambiente com temperatura, pressão e umidade conhecido e
quando necessário controlado. Ainda, quando realizadas por pessoas especialistas
com habilidade e experiência com o procedimento, estabelecendo-se um período de
validade, após o qual ela deve ser refeita e documentando os registros.
Na calibração há os seguintes passos de acordo com Ribeiro (2003):
a) aplicação de sinal na entrada do dispositivo, com leitura desse sinal por
um padrão rastreado;
b) leitura do sinal de saída do dispositivo através de outro padrão rastreado;
c) comparação do sinal lido com o valor teórico, dentro dos limites de
incerteza consistentes;
d) se os valores estiverem dentro dos limites estabelecidos, o dispositivo
está adequado ao uso; e
e) se os valores estiverem fora dos limites, o dispositivo é descartado,
degradado ou o seu atributo é modificado em todas suas aplicações.
2.4.3 AJUSTE
Inmetro-Vim (2007) define ajuste como operação destinada a fazer com que
um instrumento de medição tenha desempenho compatível com o seu uso. Já
Ribeiro (2003) define como operação complementar, normalmente efetuada após
uma calibração, quando o desempenho metrológico de um sistema de medição não
está em conformidade com os padrões de comportamento esperados. Trata-se de
uma regulagem interna do sistema de medição, executada por técnico
27
especializado. Visa fazer coincidir, da melhor forma possível, o valor indicado no
sistema de medição com o valor correspondente do mensurado submetido.
2.4.4 PRINCIPAIS TIPOS DE CALIBRAÇÃO
De acordo com Ribeiro (2003) toda calibração deve incluir: padrão rastreado,
procedimento escrito, ambiente controlado, técnicos treinados, registro documentado
e ter um período de validade. Um instrumento pode ser calibrado, por questão de:
a) custódia, para garantir que a compra e venda de produtos através de
tubulações com medidores em linha estejam dentro dos limites
contratuais;
b) segurança, para garantir que os instrumentos estejam indicando dentro
dos valores seguros do processo;
c) balanço de materiais, para verificar rendimentos de processos,
equipamentos, reagentes e catalisadores;
d) ecologia, para assegurar que as análises dos efluentes estejam dentro
dos valores ecologicamente corretos;
e) legal, para satisfazer exigências legais e de normas técnicas; e
f) da norma ISO 9000, para atender suas exigências relacionadas com a
incerteza, continuidade operacional e qualidade do produto final.
2.4.4.1 CALIBRAÇÃO PROGRAMADA E EMERGENCIAL
Segundo Ribeiro (2003) a calibração pode ser programada ou emergencial. A
programada é aquela feita para atender um cronograma já estabelecido, em função
da disponibilidade dos instrumentos e dos períodos ótimos, dentro dos quais os
instrumentos permanecem dentro de seu desempenho nominal. Já a calibração
emergencial é aquela feita para atender um chamado extraordinário do pessoal do
processo que considera o instrumento fora de calibração.
2.4.4.2 CALIBRAÇÃO PRÓPRIA OU EXTERNA
Ribeiro (2003) explana que a calibração pode ser feita pelo próprio usuário,
principalmente dos instrumentos de níveis mais baixos, envolvendo os instrumentos
28
de medição, padrões de trabalho e padrões de laboratório. A calibração também
pode ser feita externamente, preferivelmente por laboratório credenciado da Rede
Brasileira de Calibração, pelo fabricante do instrumento ou por laboratório nacional
ou internacional que tenha padrões rastreados.
Justifica-se calibrar nas próprias instalações do usuário:
a) instrumentos comuns, de precisão industrial, que requerem um padrão
disponível na própria planta; e
b) quando a quantidade de instrumentos é grande, justificando
economicamente ter um laboratório para a calibração periódica destes
instrumentos.
Justifica-se enviar um instrumento para ser calibrado externamente quando:
a) o usuário possui poucos instrumentos;
b) a calibração requer padrões com precisão muito elevada e, portanto, de
altíssimo custo;
c) para comparação interlaboratorial; e
d) por exigência legal.
Qualquer que seja o local da calibração, o responsável final pela calibração é
o usuário. Quando a calibração é feita externamente, o usuário deve ter um contrato
escrito claro, definindo o que o laboratório deve fazer. É muito comum enviar um
instrumento para ser calibrado e ajustado e o laboratório fazer apenas a calibração.
É também muito freqüente o laboratório reportar uma calibração de modo
incompreensível, sem informar o algoritmo de cálculo da incerteza de calibração, o
método empregado, relatórios com preenchimento de números com algarismos
significativos sem significado. O único modo de evitar estes inconvenientes é ter um
contrato escrito claro e preciso, falando explicitamente sobre esses parâmetros.
2.5 Bancada de medição de vazão e os seus componentes
Conforme Souza (2007) uma bancada de medição de vazão é um arranjo de
tubos e conexões que se destinam a testar, verificar e calibrar um determinado
método de medição de vazão e os seus elementos constituintes. De acordo com a
29
Portaria do Inmetro n°. 114 (BRASIL, 1997), além de realizar as atividades citadas
acima se pode, também, utilizar a bancada de medição de vazão para realizar
ensaios de repetitividade e desempenho dos medidores para uma determinada
vazão.
No projeto de uma bancada de medição de vazão para ser utilizada no
processo de calibração e verificação de medidores de vazão tipo turbina e rotativo
devem ser levados em conta alguns aspectos importantes como: tipo dos ensaios a
ser realizado, capacidade máxima de vazão da bancada, intercambialidade de
bitolas entre os carretéis e os medidores ensaiados, atendimento as normas de
instalação dos medidores e dos demais componentes, dentre outros. A Figura 6
mostra a bancada de testes e calibração de medidores de vazão utilizada pelo Ctgás
– Natal/RN, já a Figura 7 trás a bancada de calibração de medidores de vazão da
TransCanada.
Figura 6 – Bancada de calibração de medidores de vazão do Ctgás
Fonte: Ctgás (2011).
30
Figura 7 – Bancada de calibração de medidores de vazão da TransCanada
Fonte: TransCanada (2011).
Segundo Souza (2007) uma bancada de medição de vazão é composta pelos
seguintes componentes:
a) sensor e transmissor de temperatura;
b) sensor e transmissor de pressão;
c) medidores de vazão;
d) tubulação;
e) interface de aquisição de sinais; e
f) software aplicativo.
A Figura 8, citada por Souza (2007) traz uma configuração típica de uma
bancada de medição de vazão para testes e calibração de medidores.
31
Figura 8 – Configuração típica de uma bancada de medição de vazão utilizada para testes e calibração de medidores de vazão
Fonte: Adaptado de Souza (2007).
32
3 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO
Neste capítulo será feito o desenvolvimento do trabalho de acordo com os
objetivos gerais e específicos descritos no capítulo 1 e com os fundamentos teóricos
citados no capítulo 2. Apresentando em um primeiro momento a situação atual do
problema para após levantar as necessidades de um laboratório de medição de
vazão e a definição do layout da bancada de medição de vazão.
3.1 Situação atual da problemática
3.1.1 TENDÊNCIAS DE MERCADO
Conforme comentado no capítulo 1, a Sulgás tinha, em meados de outubro de
2010, 250 medidores de vazão, dos quais cerca de 215 são dos tipos linear
(turbinas) e rotativo (lóbulos rotativos). A aquisição de novos medidores de vazão
tem, logicamente, influência direta com a contratação de novos clientes. Além disso,
o crescimento de mercado dos últimos anos e as perspectivas do aumento do
número de clientes contratados, conforme dados obtidos da Sulgás, gera uma
grande expectativa no aumento do número de medidores de vazão da empresa. A
Tabela 2 mostra a evolução do número de clientes da Sulgás por segmento ao longo
dos últimos cinco anos. Nota-se que para 2011 os valores são estimados.
Tabela 2 – Número de clientes por segmento ano a ano
Segmento 2007 2008 2009 2010 2011
Industrial 83 85 86 93 105
Industrial – GNC* 1 4 7 9 11
GNV 37 48 55 63 74
Comercial** 14 24 43 62 97
Residencial*** 14 21 29 45 75
Total de Clientes 149 182 220 272 362
Fonte: O autor (2011). * GNC – Gás Natural Comprimido. ** Dados considerando que um medidor representa apenas um cliente. *** Dados considerando que um cliente seja apenas uma economia e contabilizando os
clientes com medidores do tipo diafragma.
33
A Tabela 2 não possui os números dos segmentos GNV - GNC, termoelétrico
e cogeração. O segmento de GNV - GNC não possui sistema de medição com
medidor de vazão volumétrico no cliente. Os segmentos termoelétrico e cogeração
apresentam-se em um número muito pequeno de clientes, passíveis de serem
desprezados.
A Tabela 3 traz o crescimento percentual em comparação com o ano anterior
dos segmentos industrial, veicular, industrial - GNC, GNV e comercial desde 2008
até a previsão para 2011, utilizando como base os dados da Tabela 2.
Tabela 3 – Crescimento do número de clientes por segmento (em %)
Segmento 2008 2009 2010 2011
Industrial 2,41 1,18 8,14 12,90
Industrial - GNC 300,00 75,00 28,57 22,20
GNV 29,73 14,60 14,55 17,50
Comercial 71,43 79,20 44,19 56,50
Residencial 50,00 38,09 55,17 66,67
Variação total 22,15 20,88 23,64 33,09
Fonte: O autor (2011).
Com a análise dos dados das Tabelas 2 e 3 observa-se que existe um
aumento de mercado nos últimos anos evidenciando um incremento do número de
clientes contratados a uma taxa média de mais de 20% a.a, até 2010. Essa taxa
está prevista para que em 2011 alcance um valor de 33,09%, devido ao
aquecimento do mercado interno pós-crise e a consolidação do gás natural como
fonte de energia limpa, segura e economicamente viável. Se for considerado que o
número de clientes contratados seguirá nesse mesmo ritmo de crescimento, então,
finalmente é possível concluir que se terá uma grande demanda para aquisição de
medidores de vazão por parte da Sulgás para os próximos anos.
3.1.2 A PARCERIA ENTRE A SULGÁS E O CTGÁS
A Sulgás, em 11 de maio de 2010, assinou em conjunto com o Ctgás um
termo de cooperação técnico-científica que visa a conjugação de esforços entre as
34
partes a fim de promover treinamentos e disseminação de conhecimento para os
colaboradores da Sulgás, projetos de consultoria e prestação de serviços técnicos
por parte do Ctgás tais como: calibração, ajuste, manutenção e pintura de medidores
de vazão tipo turbina e rotativo. Essa parceria tem validade por 60 meses a contar
da data de sua assinatura.
A Tabela 4 traz os tipos de serviços e os valores cobrados pelo Ctgás na
execução desses serviços.
Tabela 4 – Preços dos serviços do termo de cooperação técnico-científica entre a Sulgás e o Ctgás
ITEM SERVIÇO PREÇO UNITÁRIO DO SERVIÇO (R$)
1 MANUTENÇÃO PREVENTIVA (*) TURBINA ROTATIVO
1.1 Diâmetro 1" R$ 1.046,89 R$ 1.089,00
1.2 Diâmetro 1 1/2" R$ 1.058,99 R$ 1.105,50
1.3 Diâmetro 2" R$ 1.067,83 R$ 1.108,80
1.4 Diâmetro 3" R$ 1.075,99 R$ 1.113,20
1.5 Diâmetro 4" R$ 1.078,72 R$ 1.120,90
1.6 Diâmetro 6" R$ 1.088,71 -
1.7 Diâmetro 8" R$ 1.107,15 -
1.8 Diâmetro 10" R$ 1.131,96 -
1.9 Diâmetro 12" R$ 1.149,50 -
2 CALIBRAÇÃO TURBINA ROTATIVO
2.1 1ª Calibração 7 Pontos R$ 742,50 R$ 742,50
2.2 2ª Calibração 7 Pontos R$ 517,00 R$ 517,00
2.3 1ª Calibração 10 Pontos R$ 1.052,70 R$ 1.052,70
2.4 2ª Calibração 10 Pontos R$ 737,00 R$ 737,00
3 PINTURA/JATEAMENTO TURBINA ROTATIVO
3.1 Diâmetro 1" R$ 121,00 R$ 121,00
3.2 Diâmetro 1 1/2" R$ 121,00 R$ 121,00
3.3 Diâmetro 2" R$ 143,00 R$ 143,00
3.4 Diâmetro 3" R$ 181,50 R$ 181,50
3.5 Diâmetro 4" R$ 209,00 R$ 209,00
35
3.6 Diâmetro 6" R$ 275,00 R$ 275,00
3.7 Diâmetro 8" R$ 396,00 R$ 396,00
3.8 Diâmetro 10" R$ 418,00 R$ 418,00
3.9 Diâmetro 12" R$ 440,00 R$ 440,00
4 EMBALAGEM POR TIPO TURBINA ROTATIVO
4.1 G10,16,25,40 R$ 55,00 R$ 55,00
4.2 G65,100,160,250,400 R$ 103,40 R$ 103,40
4.3 G650,1000,1600,2500 R$ 121,00 R$ 121,00
5 TESTE DE ESTANQUEIDADE TURBINA ROTATIVO
R$ 49,50 R$ 49,50
6 LIMPEZA TURBINA ROTATIVO
R$ 192,50 R$ 192,50
7 SERVIÇO DE AJUSTE TURBINA ROTATIVO
7.1 Ajuste + 7 pontos calibração R$ 742,50 R$ 742,50
7.2 Ajuste + 10 pontos calibração R$ 1.052,70 R$ 1.052,70
8 SERVIÇO DE MANUTENÇÃO
CORRETIVA VALOR UNITÁRIO (H/H)
8.1
Usinagem, engrenagem, calderaria
e outros. Serviço cobrado na forma
de Homem x Hora
R$ 60,50
Fonte: Termo de cooperação técnico-científica entre a Sulgás e o Ctgás * A manutenção preventiva compreende: desmontagem, montagem, limpeza, rolamentos, o’ring, juntas, ajuste mecânico e teste de estanqueidade.
A Equação 4, mostra a fórmula utilizada pelo Ctgás para o reajuste anual dos
valores cobrados pelos serviços prestados dispostos na Tabela 4.
(5)
PR = Preço reajustado;
PI = Preço inicial;
36
I = Valor definido do índice de preços correspondente ao índice geral de preços (coluna 2 – Código 161384) da Revista “Conjuntura Econômica” publicada pela Fundação Getúlio Vargas, correspondente ao mês em que for devido o reajustamento; Io = Valor definitivo desse mesmo índice de preços, correspondente ao mês de apresentação do Plano de Trabalho do CTGAS-ER.
Os valores mostrados na Tabela 4 não consideram o valor de frete para os
equipamentos enviados ao Ctgás para a execução dos serviços. Segundo os dados
fornecidos pela Sulgás, a Tabela 5 fornece os valores de frete da cidade de Canoas
para Natal e desta para Canoas.
Tabela 5 – Valores de frete pagos pela Sulgás no transporte de medidores de vazão em 2010
Data* Medidores Valor do Frete
30/7/2010 2 R$ 1.175,54
16/8/2010 13 R$ 5.662,86
10/9/2010 13 R$ 5.377,04
24/9/2010 11 R$ 3.997,61
18/10/2010 7 R$ 3.177,64
19/10/2010 20 R$ 3.840,86
26/10/2010 9 R$ 3.802,19
Fonte: O autor (2011). * Dados considerados até outubro de 2010
A Tabela 5 mostra os valores de frete para a modalidade aérea, adotada pela
Sulgás por questões de segurança e tempo de transporte.
Se for considerado que a Sulgás possua ao fim de 2011 um número de 285
medidores de vazão somente dos tipos turbina e lóbulos rotativos e, conforme
adotado hoje pela empresa, que o prazo de calibração seja de cinco anos, se terá
cerca de 57 medidores calibrados por ano, sendo mais de quatro por mês
independente do seu tipo e de sua designação G, conforme a tabela 2.1 do capítulo
anterior.
Para exemplificar pode-se verificar a Tabela 6 que traz uma simulação do
custo de calibração da Sulgás para 2011 com os valores de acordo com a tabela 4 e
com a Tabela 5.
37
Para efeito de exemplo, foram arbitrados de acordo com a Tabela 4 que a
manutenção preventiva seja de um custo médio equivalente ao item 1.3, que a
pintura tenha um custo relativo ao item 3.5, a embalagem seja de um custo relativo
ao item 4.2, a calibração (as left) adotada é a segunda de sete pontos do item 2.2 e
o as found é cobrado de acordo com o item 2.1. O frete foi estipulado segundo uma
média dos valores da Tabela 5.
Tabela 6 – Custo para calibração de medidores de vazão (2011)
Serviço Valor do
Serviço* Medidores
Valor anual por
Serviço
As Found R$ 742,50 57 R$ 42.322,50
Manutenção Preventiva R$ 1.108,80 57 R$ 63.201,60
Calibração (As Left) R$ 517,00 57 R$ 29.469,00
Pintura R$ 209,00 19 R$ 3.971,00
Embalagem R$ 103,40 14 R$ 1.473,45
Frete R$ 675,00 57 R$ 38.475,00
Valor Anual R$ 178.912,55
Fonte: O autor (2011). * Valores sem o reajuste anual da equação 5 para 2011
O número de medidores que receberão pintura foi estipulado como sendo um
terço do total, já que nem todos necessitam de pintura, e a quantia de embalagens
solicitadas foi de um quarto do número total de medidores, pois são reaproveitadas
parcialmente.
3.1.3 REPRESENTATIVIDADE DA CALIBRAÇÃO, MANUTENÇÃO E AJUSTE
DOS MEDIDORES TIPO TURBINA E ROTATIVO PARA A SULGÁS
De acordo com o abordado no capítulo 2, a calibração/ajuste de medidores de
vazão é necessária para uma boa confiabilidade metrológica de um sistema de
medição e também para a conformidade de acordo com a metrologia legal.
O que permite mensurar o quanto se teve de erro em um determinado período
de medição é a obtenção do as found da calibração do medidor. O pedido de as
found no certificado de calibração dos medidores de vazão é uma condição nova
38
para a empresa que só foi iniciada em meados do ano de 2010, após ser apontada
como uma não-conformidade pelo relatório de gestão do processo de medição da
Sulgás, em auditoria feita pela Petrobrás no setor de programação e controle da
Sulgás.
Ao ser feita uma simulação de uma calibração de um determinado medidor de
vazão pode-se averiguar, através dos as found’s encontrados pelo Ctgás, os valores
financeiros que deixaram de ser arrecadados pela Sulgás somente pelos erros
negativos de um determinado medidor de vazão.
Por exemplo, de acordo com o certificado de calibração Nº 263/10-LMVG do
Ctgás, que aqui corresponderá ao cliente A do segmento industrial, tem-se para um
medidor do tipo turbina, designação G1000 que conforme a Tabela 1 possui uma
faixa de medição de 1:20, ou seja, vazão de 80 a 1600 m³/h, os seguintes valores
apresentados na Tabela 7 de erro no as found passados cinco anos de operação.
Tabela 7 – As found do medidor do tipo turbina G1000 do cliente A
Vazão de Operação do Medidor (m³/h) Q/Qmáx Erro Relativo (%)
151 0,09 -5,73
394 0,25 -1,02
633 0,40 -0,79
864 0,54 -0,45
1108 0,69 -0,28
1346 0,84 -0,33
1575 0,98 -0,47
Fonte: Ctgás (2010).
Uma vez identificado os erros na calibração as found e após a realização dos
ajustes pelo Ctgás nesse medidor de vazão, pode-se verificar através dos valores
reportados na Tabela 8, que na calibração as left os erros relativos foram
aproximados de zero.
39
Tabela 8 – As left do medidor do tipo turbina G1000 do cliente A
Fonte: Ctgás (2010).
De acordo com a Portaria do Inmetro nº. 114 (BRASIL, 1997) os valores
máximos de erros admissíveis são conforme a Tabela 9.
Tabela 9 – Erros máximos admissíveis para medidores de vazão dos tipos turbina e rotativo
Vazão Q (m³/h) Erros Máximos Admissíveis
Em verificação inicial Em serviço
Qmín < Q < Qt* + 2% .+ 3%
Qt < Q < Qmáx + 1% .+ 1,5%
Fonte: Brasil (1997). * Qt: Vazão de transição.
Conforme a Portaria do Inmetro nº. 114 (BRASIL, 1997) os erros máximos
admissíveis em verificação inicial são aqueles quando o medidor é considerado
novo, verificado após o recondicionamento ou após o lacre ser rompido. Os erros
máximos admissíveis em serviço consideram o medidor em operação.
Os valores da vazão de transição dependem da designação G e da sua faixa
medição, conforme a Tabela 10.
Tabela 10 – Vazão de transição para medidores de vazão dos tipos turbina e rotativo
Faixa de Medição Qt
1:10 0,20 Qmáx
1:20 0,20 Qmáx
Vazão de Operação do Medidor (m³/h) Q/Qmáx Erro Relativo (%)
161 0,10 0,63
393 0,25 0,04
628 0,39 -0,07
866 0,54 -0,02
1119 0,70 -0,08
1319 0,82 -0,11
1586 0,99 -0,22
40
1:30 0,15 Qmáx
1:50 0,10 Qmáx
Fonte: Brasil (1997).
Com os valores das Tabelas 9 e 10 pode-se identificar que os valores de erro
da Tabela 7 que estão fora dos limites admissíveis são de -5,73% para 151 m³/h e -
1,02% para 394 m³/h. O limite admissível para a condição de 394 m³/h e 0,25
Q/Qmáx é conforme a Tabela 8 de + 1%. De posse desses valores e conforme
dados fornecidos pela Sulgás que o cliente A tem o perfil de operar de forma
ininterrupta na faixa próxima de 400 m³/h, pode-se simular que esse medidor tenha
trabalhado durante um ano, 30 dias por mês e 24 horas por dia nessa condição de
vazão ou muito próxima dela, através da Tabela 11.
Tabela 11 – Simulação financeira do erro encontrado em as found para uma determinada condição de vazão
Vazão (m³/h) 394
Fator de Correção* 3,38
Valor Corrigido (m³/h)** 1331,72
Horas de Operação 8640
Valor do m³ (R$)*** 1,04715
Valor Anual (R$) 12.048.571,57
Erro (%) -1,02
Valor Anual do Erro (R$) 122.895,43
Fonte: Elaborado pelo autor com base nos dados fornecidos pela Sulgás * Considerando o fator de correção médio do mês de junho de 2010 para o cliente A. ** Valor corrigido de acordo com Equação 4. *** Valor já com a incidência de impostos, simulado para o segmento industrial (SULGÁS, 2010).
Através dos dados da Tabela 11 pode-se verificar o impacto financeiro gerado
para a Sulgás por apenas um erro detectado em as found de um medidor de vazão.
Considerando, segundo a Tabela 6, que o valor estimado com calibração para
2011 é de R$ 178.912,55 tem-se que esse valor despendido deve se pagar em
pouco tempo, visto que para apenas uma simulação de condição de vazão,
considerada de médio porte pela Sulgás, apresente um valor anual deixado de
arrecadar de quase 70% do custo anual com calibração de medidores de vazão.
41
3.2 Metodologia de trabalho
A metodologia de trabalho consiste na ideia central de elaborar um estudo de
viabilidade técnica e econômica para a construção de um laboratório de medição de
vazão com uma bancada de testes para execução de ensaios de desempenho de
medidores do tipo turbina e rotativo, primeiramente para os diâmetros de 2” e 3”
onde compreende-se os perfis de vazão que variam de 25 m³/h a 250 m³/h, podendo
depois ser estendido para os demais utilizados pela Sulgás. O projeto do laboratório
de medição de vazão será com base nos laboratórios existentes, IPT e Ctgás, e na
NBR ISO/IEC 17025 (ABNT, 2001).
Outros assuntos que contemplam a proposta de trabalho são:
a) estudo do prazo ideal de calibração de medidores de vazão;
b) elaboração de procedimentos, rotinas e instruções de trabalho com base
nas normas existentes para o sistema de medição de vazão da Sulgás;
3.2.1 FLUXO DE TRABALHO
O andamento de trabalho se dará no período que compreende o primeiro
semestre letivo de 2011. Para a ideia central tem-se a Figura 9 abaixo.
Figura 9 – Fluxo de trabalho para o estudo de viabilidade técnica e econômica para a construção do laboratório de medição de vazão
Fonte: O autor (2011).
42
3.3 Análise das necessidades de um laboratório de medição de vazão.
De acordo com a NBR ISO/IEC 17025 (ABNT, 2001), têm-se os seguintes
requisitos técnicos para um projeto de laboratório de medição de vazão:
a) fatores humanos (Pessoal);
b) acomodações e condições ambientais;
c) métodos de ensaio e calibração e validação de métodos;
d) equipamentos;
e) rastreabilidade da medição;
f) amostragem; e
g) manuseio de itens de ensaio e calibração.
O apêndice B específica melhor os itens listados acima.
3.4 Definição do layout do laboratório de medição de vazão.
Como abordado no capítulo 2 os elementos constituintes de uma bancada de
medição de vazão são basicamente sensores e transmissores de pressão e
temperatura, tubulações em geral, assim como, medidores de volume. Para
apresentar os dados coletados nos ensaios em valores numéricos será desenvolvida
uma interface de aquisição que estabelece uma determinada comunicação com um
software aplicativo, desenvolvido em linguagem visual para laboratório de vazão.
Deste modo, os dados são tratados e apresentados na tela de um microcomputador
para que se possa avaliar e armazenar os dados obtidos, além dos relatórios de
ensaio. Os ensaios de desempenho realizados na bancada de medição de vazão
serão feitos com ar, assim como é praticado nos demais laboratórios do país.
Para um melhor entendimento será informado como a bancada de medição
de vazão é constituída. A bancada possuirá dois tramos de medição podendo
efetuar ensaios para medidores de 2” e 3”. Nessas linhas serão instalados os
medidores de volume, os sensores de pressão e temperatura, nas seguintes
posições: os sensores de temperatura são postos logo após a saída do medidor; as
tomadas de pressão são no próprio medidor. Esta configuração ocorre tanto na linha
onde fica o padrão de volume, como na linha que é instalado o medidor de volume
43
em teste. O apêndice C traz o detalhamento do projeto da bancada de medição de
vazão.
Todos os dados de volume, pressão e temperatura são lidos pela interface de
aquisição e enviados para o computador onde o aplicativo, dedicado a estes testes,
possa calcular e comparar o volume medido pelo padrão e o medidor em teste. Com
base nestes dados e nos fornecidos pelo técnico (que preenche os dados do
medidor no software aplicativo) verifica-se o desvio entre o medidor padrão e do
medidor em teste.
Como já abordado no item 2.5 a bancada de calibração é composta pelos
seguintes componentes:
a) sensor e transmissor de temperatura;
b) sensor e transmissor de pressão;
c) medidores;
d) tubulação;
e) interface de aquisição de sinais; e
f) software aplicativo.
A Figura 10 ilustra a bancada de testes que está projetada e orçada para o
laboratório de medição de vazão da Sulgás.
Figura 10 – Bancada de testes projetada para o laboratório de medição de vazão da Sulgás
Fonte: O autor e WG Manutenção (2011).
44
3.4.1 SENSOR E TRANSMISSOR DE TEMPERATURA
Os sensores de temperatura estão dispostos nas linhas onde se encontram
os medidores de volume padrão e onde se encontram os medidores de volume em
teste, instalados em um poço termométrico na linha de vazão, condicionando-a em
um padrão elétrico para que o transmissor a envie para a interface de aquisição e a
mesma possa efetuar a leitura.
Para medir esta grandeza, é utilizado um sensor do tipo PT-100. Este que é
uma termoresistência varia sua resistência elétrica com a temperatura.
Como já havia sido mencionado, a bancada possuirá quatro sensores e
transmissores de temperatura.
3.4.2 SENSOR E TRANSMISSOR DE PRESSÃO
Os sensores de pressão serão colocados no corpo dos medidores de volume
padrão e medidores de volume em teste, condicionando-a em um sinal padrão
elétrico para que a interface de aquisição com o software aplicativo possa efetuar a
leitura.
Para quantificar esta grandeza é utilizado um elemento sensor piezoresistivo.
Este elemento varia sua ponte resistiva quando submetido a uma pressão. A
bancada possuíra quatro sensores de pressão.
3.4.3 MEDIDORES DE VOLUME
A bancada de medição de vazão apresentará dois medidores padrão do tipo
rotativo, um com a designação G65 para até 100 m³/h e outro com a designação
G160 para até 250 m³/h, conforme a tabela 2.1 disposta no capítulo 2, sendo os dois
rastreáveis aos padrões do Ctgás.
3.4.4 TUBULAÇÃO UTILIZADA NA CONSTRUÇÃO DA BANCADA
A bancada de medição de vazão possuirá tubulação de 2” e 3”, feita em aço
carbono API 5L Gr B, para a classe de pressão de 150#, onde serão instalados os
45
medidores padrão e consequentemente os medidores em teste. A conexão entre a
tubulação da bancada é feita por flanges, aparafusados e com a vedação garantida
através de juntas papelão hidráulico. A bancada foi projetada de acordo com a
norma AGA 7 que regulamenta os projetos de instalação de medidores do tipo
turbina. No apêndice C encontram-se as dimensões da bancada e os acessórios
utilizados na sua construção.
A vazão de ar necessária para os ensaios será obtida através de um
ventilador do tipo centrífugo radial que está especificado no apêndice A, instalado na
saída da bancada, trabalhando como um exaustor. Dessa forma, o ventilador faz
com que a bancada opere em depressão. A vazão do exaustor requerida para cada
ensaio será regulada através de um inversor de frequência. O inversor de frequência
é usado para controlar a tensão no motor, possibilitando, assim, o ajuste da vazão
na linha.
3.4.5 INTERFACE DE AQUISIÇÃO DE SINAIS E SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE
DADOS
A interface de aquisição de sinais é a unidade responsável por fazer as
medições de volume, temperatura e pressão e comunica-se com o computador onde
está instalado o Software Aplicativo.
Como interface para aquisição de sinais da bancada será utilizado um
controlador lógico programável, ele processará os sinais vindos dos sensores e dos
medidores da bancada enviando-os ao computador via protocolo de comunicação.
3.4.6 SOFTWARE APLICATIVO
O Software Aplicativo funciona como interface entre o operador e a bancada,
possibilitando os cálculos de correção de volume, cálculos de erro, apresentação de
relatórios e armazenamento de dados. Ao operador cabe apenas informar a entrada
inicial dos dados e a ação que o Software Aplicativo deverá controlar. Sendo assim,
uma vez que a entrada inicial de dados estiver correta, o sistema torna-se menos
vulnerável aos erros provocados pela influência humana.
Por ser a interface entre o operador e a bancada, o Software Aplicativo é de
simples operação e permite ao usuário a visualização dos dados a qualquer
46
momento. Caso algum dado não esteja coerente, o teste poderá ser refeito. Ao final
do ensaio, caso tudo esteja correto, o relatório do ensaio pode ser gerado
automaticamente, impedindo a sua edição e garantindo a preservação dos dados.
O Software Aplicativo possui funções básicas como:
a) fazer leituras em tempo real da temperatura, pressão e vazão;
b) monitorar todo o ensaio;
c) fazer o registro dos ensaios;
d) consultar o histórico de ensaios de um medidor;
e) imprimir relatório do ensaio; e
f) calibrar os sensores.
Em cada ensaio, o laboratorista se limitará a realizar a entrada de dados
referentes aos medidores e iniciar a tomada de pulsos para ensaiar o medidor.
Deste modo, o software será responsável pelo momento exato de início e término do
ensaio.
47
4 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Neste capítulo será abordada a parte orçamentária e análise financeira
acerca dos valores orçados para a construção do laboratório de medição de vazão,
dando ênfase total aos custos da bancada de medição de vazão, confrontando com
o cenário atual que foi discutido no capítulo 3 e, ainda, prevendo um cenário futuro
de intervalo menor de calibração dos medidores.
4.1 Orçamento do laboratório de medição de vazão
A Tabela 12 mostra os valores orçados para os diversos itens intrínsecos à
construção do laboratório de medição de vazão para realização de ensaios de
desempenho na faixa de vazão de 25 a 250 m³/h.
Tabela 12 - Orçamento para construção do laboratório de medição de vazão da
Sulgás Laboratório Quantidade Unidade Custo Unitário Custo Total
Construção Civil (obra pronta) 70 m² R$ 475,00 R$ 33.250,00
Ar Condicionado 1 pç R$ 2.900,00 R$ 2.900,00
Termômetro/Higrômetro 1 pç R$ 249,00 R$ 249,00
Móveis
Cadeira 4 pç R$ 179,00 R$ 716,00
Mesa 1 pç R$ 249,00 R$ 249,00
Armário 2 pç R$ 449,00 R$ 898,00
Bancada
Bancada Fabricação e Montagem 1 pç R$ 34.853,96 R$ 34.853,96
Geração de Vazão
Exaustor Centrífugo Radial 1 pç R$ 3.280,00 R$ 3.280,00
Acoplamento 1 pç R$ 195,00 R$ 195,00
Dutos de Exaustão 4 m R$ 180,00 R$ 720,00
Curvas de 90º para Exaustão 2 pç R$ 245,00 R$ 490,00
Inversor de Frequência 1 pç R$ 1.161,50 R$ 1.161,50
Medidores
Medidor Padrão G160 1 pç R$ 7.325,00 R$ 7.325,00
Medidor Padrão G65 1 pç R$ 4.350,00 R$ 4.350,00
Sensores
48
Pt 100 4 pç R$ 132,00 R$ 528,00
Piezoresistivo 4 pç R$ 500,00 R$ 2.000,00
Automação
Micro Computador com Monitor 1 pç R$ 1.061,65 R$ 1.061,65
Impressora 1 pç R$ 369,00 R$ 369,00
Licença de Software Supervisório 1 pç R$ 2.220,00 R$ 2.220,00
CLP 1 pç R$ 4.485,00 R$ 4.485,00
Painel Elétrico 1 pç R$ 9.533,50 R$ 9.533,50
Kit de Instalação do Painel Elétrico 1 pç R$ 300,00 R$ 300,00
Serviço de Instalação do Painel
Elétrico 1 pç R$ 1.856,00 R$ 1.856,00
Serviço de Programação e Posta em
Marcha da Bancada de Medição de
Vazão
1 pç R$ 4.730,00 R$ 4.730,00
Total R$ 112.990,61
Fonte: O autor (2011).
4.2 Avaliação do retorno do investimento pelo método de payback period
Segundo Rebelatto (2004), o método de payback period consiste em
selecionar projetos de investimentos enfatizando o período de recuperação do
capital investido, calculando o prazo necessário para que o valor atual dos
reembolsos (retorno de capital) se iguale ao desembolso com o investimento
efetuado, visando à restituição do capital aplicado.
A escolha do método de payback period como técnica de análise de
investimento teve como base o fluxo de caixa do projeto que é considerado aqui
como regular, e assim desconsiderando para efeito desta análise o valor do dinheiro
no tempo. O método de payback period ajudará na análise do investimento
enfatizando em quanto tempo o capital investido irá retornar e isso será avaliado
com base nos valores gastos com calibração e os erros encontrados em as found’s
dos medidores enviados ao Ctgás apresentados no capítulo 3 em confronto com o
orçamento prévio do laboratório de medição de vazão, bem como o cenário atual e
futuro da programação de calibração dos medidores vazão.
A Equação 6 traz a fórmula de payback para fluxos de caixa regulares.
49
(6)
Para as condições de base, onde: PB: Payback, recuperação do capital investido; Io: Investimento inicial; FC: Fluxo de caixa regular.
Os critérios de aceitação do método de payback period, de acordo com
Rebelatto (2004) são considerando que t seja o tempo de recuperação do
investimento e que n seja o período de vida útil do projeto (horizonte de
planejamento do investimento), os seguintes:
t < n: O projeto apresenta lucro econômico.
t = n: O projeto apresenta lucro normal.
t > n: O projeto apresenta prejuízo econômico.
Para efeito de análise, foi considerado que n seja de três anos, então,
apresenta-se as seguintes constatações para os cenários propostos abaixo:
a) Cenário I – Atual:
Para o cenário atual tem-se que o intervalo de calibração de cada medidor de
vazão é de cinco anos e como apresentado no capítulo 3 a previsão de custo anual
de calibração para a Sulgás em 2011 é de R$ 178.912,55, considerando que os 285
medidores de vazão adotados no capítulo 3 sejam distribuídos anualmente de forma
linear, então serão 57 medidores por ano calibrados. Para efeito desta análise
adota-se que a Sulgás possui, hoje, cerca de 200 medidores de vazão na amplitude
das designações G16 a G160, ou seja, com vazão máxima de 25 a 250 m³/h e isso
daria 40 medidores de vazão na faixa da bancada de medição de vazão proposta
sendo levados todo ano ao Ctgás para calibração.
Conforme demonstrado no capítulo 3, o medidor do cliente A do segmento
industrial apresentou um erro em as found na sua faixa de operação na ordem de -
1,02% e que conforme a tabela 11 acarretou em um valor de R$ 122.895,43
deixados de serem arrecadados. Se conforme ocorrido com o cliente A fizer-se uma
simulação, em um perfil de vazão menor, para se enquadrar na faixa de operação da
bancada proposta, como exemplo, cita-se o cliente B que é um posto de GNV e que
50
corresponde ao segmento veicular, cuja calibração do medidor de vazão aqui
corresponde ao certificado de calibração Nº 113/09-LMVG do Ctgás, operando
durante um ano inteiro, tomando-se como premissa que entre as partidas e as
paradas do sistema de compressão do GN tenhamos cerca de 5,28 horas por dia de
consumo em um perfil de vazão da ordem de 100 m³/h e com os dados de acordo
com a Tabela 13, têm-se os seguintes valores:
Tabela 13 – Simulação financeira do erro encontrado em as found no certificado de calibração Nº 113/09-LMVG do Ctgás para o cliente B do segmento veicular
Vazão (m³/h) 98
Fator de Correção* 15,47
Valor Corrigido (m³/h)** 1.516,06
Horas de Operação 1900
Valor do m³ (R$)*** 1,03467
Valor Anual (R$) 2.980.381,42
Erro (%) -2,34
Valor Anual do Erro (R$) 69.740,93
Fonte: O autor (2011). * Considerando o fator de correção médio do mês de maio de 2011 para o cliente B. ** Valor corrigido de acordo com Equação 4. *** Valor fornecido pela Sulgás correspondente a maio de 2011 já com a incidência de impostos e simulado para o segmento veicular para a faixa de consumo de até 10.000 m³/dia.
Atualmente a Sulgás conta com 75 postos de GNV e considerando que os
valores da simulação financeira demonstrada na tabela 13 sejam utilizados como a
única fonte de renda para efeito de fluxo de caixa regular, pode-se fazer a seguinte a
análise de payback de acordo com a Equação 6 na Tabela 14.
Tabela 14 – Análise de payback para o erro encontrado em as found simulado para o cliente B diante do investimento orçado para o laboratório de medição de vazão
Investimento Inicial = R$ 112.092,61
Ano Fluxo de Caixa Saldo
0 -112.990,61 -112.990,61
1 69.740,93 -43.249,68
2 69.740,93 26.491,24
Fonte: O autor (2011).
51
Analisando a Tabela 14 pode-se verificar que, já no segundo ano, o
investimento de R$ 112.990,61 orçado para o laboratório de medição se paga, ou
seja, abaixo do período estipulado de payback que é de três anos. Logo, conclui-se
que isso torna o investimento totalmente viável. O que corrobora com a viabilidade
do investimento é o fato de que apenas com um cliente todo o investimento seria
pago.
b) Cenário II – Futuro
Para um cenário futuro de intervalo de calibração de medidores de vazão
admite-se que ao invés dos cinco anos mostrados no cenário atual sejam três anos
e, sendo assim, com base no que foi apresentado no capítulo 3, uma previsão de
custo anual de calibração para Sulgás em 2011, conforme a Tabela 15 de R$
298.283,10.
Tabela 15 – Previsão do custo para calibração de medidores de vazão para 2011, com base em um novo intervalo de calibração
Serviço Valor do Serviço* Medidores Valor anual por Serviço
As Found R$ 742,50 95 R$ 70.537,50
Manutenção Preventiva R$ 1.108,80 95 R$ 105.336,00
Calibração (As Left) R$ 517,00 95 R$ 49.115,00
Pintura R$ 209,00 32 R$ 6.688,00
Embalagem R$ 103,40 24 R$ 2.481,60
Frete R$ 675,00 95 R$ 64.125,00
Valor Anual R$ 298.283,10
Fonte: O autor (2011). * Valores sem o reajuste anual da Equação 5 para 2011
O valor mostrado na tabela 15 dá um incremento de cerca de 67% no custo
anual de calibração. Contudo, esse aumento de aproximadamente R$ 120.000,00
seria totalmente revertido, pois, conforme calculado anteriormente, apenas o cliente
A apresentou um valor de R$ 122.895,43, o qual foi deixado de arrecadar no
decorrer de apenas um ano. Imaginando que o medidor desse cliente tenha operado
nos últimos dois anos nessa mesma condição, o que proporcionaria o dobro desse
valor, evidenciando de forma mais clara a diferença em valores que apenas dois
anos de diminuição no prazo de calibração dos medidores de vazão impactariam na
52
arrecadação da empresa. Deixa-se claro aqui que não se sabe ainda qual é o prazo
ideal de calibração, pois através da realização dos ensaios de desempenho e
controles estatísticos dos laudos poderá obter-se essa informação.
Com relação à análise de payback, para o cenário futuro pode-se utilizar a
mesma análise, pois como visto no item 4.2 a análise para o cenário atual tem como
base um tempo de payback de três anos e que em apenas dois anos o investimento
torna-se atrativo. Sendo assim, com um intervalo de três anos de calibração poder-
se-ia fazer a mesma análise de payback.
53
5 CONCLUSÃO
Neste trabalho foi desenvolvido um estudo de viabilidade técnica e econômica
para implantação de um laboratório de medição de vazão dentro da Companhia de
Gás do Estado do RS – Sulgás, de acordo com os laboratórios existentes dentro do
Brasil e ainda em consonância com as normas aplicáveis a esta área.
Através dos capítulos 2, 3 e 4 pode-se notar a importância que mínimos erros
metrológicos, advindos principalmente de medidores de vazão, têm perante o
faturamento e a arrecadação da empresa. Ainda que se esteja relatando apenas
erros negativos que diminuem o volume cobrado, tem-se ainda que considerar os
erros positivos que aumentam os valores arrecadados. Sabendo-se que a Sulgás
esteja com um controle de perdas de volume de gás bem estreito, controle esse que
é feito atualmente de maneira global, ou seja, considerando o que é comprado da
TBG menos o que é vendido aos clientes chegando-se a pequenas diferenças
percentuais. Este trabalho atentou para a possibilidade de ter-se um controle
individual cliente a cliente, averiguando o perfil de consumo de cada um. Assim,
propondo que através de um laboratório com uma bancada de medição de vazão se
façam ensaios de desempenho dos medidores para que sejam identificados dentro
da própria Sulgás erros que estão fora dos padrões exigidos pela Portaria 114 do
Inmetro (BRASIL, 1997) e ainda que sejam deixados de arrecadar valores altos
oriundos de erros grosseiros conforme apresentados nos capítulos 3 e 4.
A viabilidade econômica obtida através da análise de payback do laboratório
de medição de vazão dá-se evidentemente ao contexto do cenário atual de
programação de calibração de medidores que atualmente está em cinco anos de
intervalo. Se esse cenário for modificado para um prazo de três anos conforme foi
mostrado, se terá um controle ainda mais rígido sobre essas perdas vistas em as
found. Há ainda a possibilidade de avaliar o prazo ideal de calibração de medidores
por meio de ensaios de desempenho desenvolvidos em um laboratório de medição
de vazão próprio, onde através de dados estatísticos obtidos ano a ano pode-se
traçar curvas para cada medidor de vazão individualmente. Com isso, pode-se
identificar ano a ano a variação do erro e, assim, afirmando de um modo mais
fundamentado a validade de uma calibração.
54
5.1 Oportunidades para trabalhos futuros
A proposta de implantação de um laboratório de medição de vazão para
realização de ensaios de desempenho é uma das alternativas existentes para que a
Sulgás exerça um controle metrológico maior com diminuição dos custos.
Outras alternativas existentes para o maior controle metrológico são elaborar
um procedimento escrito para a determinação da incerteza de medição para cada
cliente analisando todo o sistema de medição e faturamento desse cliente e
determinação da equação do erro global do sistema de medição de vazão.
Fica como sugestão para trabalhos futuros o reestudo desse trabalho de
graduação para avaliar se existe vantagem econômica para implantação de um
laboratório com a bancada de medição de vazão atendendo a todas as faixas de
vazão dos clientes da Sulgás.
55
REFERÊNCIAS
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56
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57
APÊNDICE A – VERIFICAÇÃO DAS MEDIDAS DE VAZÃO E PERDA
DE CARGA PARA UM MEDIDOR DE LÓBULOS ROTATIVOS
Neste anexo é apresentado os resultados obtidos de um ensaio realizado
com um medidor rotativo de gás natural de vazão máxima de 40 m3/h no Laboratório
de Fluidos e Calor da Universidade de Caxias do Sul.
Para isso, o medidor rotativo foi instalado na entrada de um dos tubos de
sucção da bancada de ar disponível no laboratório. O tubo utilizado é de PVC, reto,
ou seja, sem mudanças de direção, com 38 mm de diâmetro interno e parede lisa,
cuja distância da entrada até o primeiro piezômetro (tomada de pressão estática) é
de 500 mm. O tubo se estende 6000 mm em direção a caixa de sucção da bancada,
antes da qual e na sequência há uma válvula gaveta e um tubo Venturi. A caixa de
sucção por sua vez está conectada à entrada de um ventilador centrífugo. A
conexão do medidor rotativo ao tubo de PVC se fez por meio de mangueira flexível
e, desta forma, com o ar passando apenas pela montagem efetuada, ou seja,
medidor rotativo – tubo – Venturi – válvula se fez a leitura da vazão diretamente no
medidor e indiretamente no tubo Venturi para algumas aberturas da válvula gaveta.
Além da averiguação da vazão do medidor rotativo comparativamente à medida do
tubo Venturi, o ensaio serviu para estimar a perda de carga que este tipo de medidor
geraria com sua montagem na tubulação mencionada.
O medidor do tipo Venturi instalado na bancada de ar apresenta as seguintes
especificações:
- razão entre os diâmetros m = (d/D)2 = 0,45; e
- coeficiente de descarga Cq=1,067.
A equação A1 é empregada para o cálculo da vazão através do tubo Venturi é
(A1)
Onde, Ad é a área transversal relativa ao diâmetro “d”; g é a gravidade;
h é a deflexão no manômetro de coluna de água ligado no tubo Venturi; ρH2O é a massa específica da água (fluido manométrico); e ρar:é a massa específica do ar, calculada a partir da equação dos gases perfeitos com a medida da temperatura ambiente e da pressão atmosférica local.
58
Com a válvula gaveta da tubulação toda aberta, obteve-se as medidas
apresentadas na tabela A1 com e sem o medidor rotativo.
Tabela A1 – Valores obtidos no ensaio com a válvula totalmente aberta
Observação Vazão Venturi
(m3/h) – Eq. A.1
Vazão do medidor
(m3/h)
Pressão estática 1ª
tomada (mmca)
Sem medidor 113,82 ------ 59
Com medidor 84,17 76,5 105
Perda de carga do medidor rotativo 46
Fonte: O autor (2011).
A diferença percentual entre as medidas de vazão entre o tubo Venturi e o
medidor rotativo é de 9,1%. Outras duas aberturas foram ensaiadas, cujos valores
são apresentados na tabela A.2.
Tabela A2 – Outros valores de vazão
Abertura Vazão Venturi
(m3/h) – Eq. A.2
Vazão do medidor
(m3/h) Dif. Percentual (%)
1 58 53 9,43
2 37 34 8,82
Fonte: O autor (2011).
Apesar das divergências percentuais obtidas entre as medições realizadas,
acrescenta-se que o medidor ensaiado foi recentemente calibrado no Ctgás,
apresentando menos de 1% de erro em relação ao medidor padrão. Portanto, para a
finalidade de calibração do medidor no Laboratório de Fluidos e Calor da UCS –
bancada de ar, o ensaio deveria ser repetido, tendo-se disponível uma calibração do
tubo Venturi utilizado na bancada.
Entretanto, a intenção principal do ensaio era se averiguar a perda de carga
proporcionada por um medidor rotativo com a finalidade de se selecionar
adequadamente o ventilador para a bancada proposta. Para esse propósito, deve-se
estimar a perda de carga proporcionada por medidor de 250 m3/h de vazão que é a
vazão máxima da bancada proposta no trabalho.
Pode-se estimar a perda de carga desse medidor, determinando o valor do
seu coeficiente K através da Equação A2.
59
(A2)
Onde, “d” refere-se à bitola do medidor usado.
Onde “d” neste caso, refere-se à bitola do medidor usado. A partir da Eq. A.2
e da diferença na pressão estática obtida na primeira tomada do tubo de PVC da
bancada e cujo resultado foi de 46 mmca (tabela a1.1), obtém-se o valor de “K” do
medidor testado de aproximadamente 5,8. Adotando-se o mesmo valor para um
medidor de diâmetro maior 3”, ou seja, que atenda os 250 m3/h, calcula-se o Δp a
partir da Eq. A.2. Assim fazendo, encontra o valor de p de cerca de 76 mmca para
a vazão de 250 m³/h. Como na bancada proposta se terá dois medidores montados
em série, ou seja, o padrão e aquele que se deseja testar, o p total será de 152
mmca.
A escolha do ventilador ocorreu de acordo com a vazão máxima necessária,
250 m³/h e perda de carga encontrada 152 mmca. De acordo com o Quadro A1
abaixo do fabricante Ar Natural pode-se identificar o ventilador correto.
Figura A1 – Dados do ventilador centrífugo radial
Fonte: Ar Natural (2011)
De acordo com a o Quadro A1 o ventilador selecionado foi o modelo CAA 350-2
que dispõe na vazão de 5 m³/min, ou seja 300 m³/h, a pressão estática de 292
mmca que atende às necessidades da bancada de medição de vazão conforme
mostrado nos dados obtidos no experimento.
A Figura A2 mostra a carcaça do ventilador centrífugo radial da Ar Natural.
60
Figura A2 – Carcaça do ventilador centrífugo radial modelo CAA 350-2
Fonte: Ar Natural (2011).
Os gráficos A.1 e A.2 mostram as curvas do sistema para os tramos de 2” e 3”
que compreendem as faixas de vazão de 25 m³/h a 250 m³h.
Gráfico A1 – Curva do sistema da bancada de testes de medidores de vazão para o tramo de 2”
Fonte: O autor
0
50
100
150
200
250
300
350
0 20 40 60 80 100 120
Pe
rda
de
Car
ga (
mm
ca)
Vazão (m³/h)
61
Gráfico A2 – Curva do sistema da bancada de testes de medidores de vazão para o tramo de 3”
Fonte: O autor
De acordo com os dados do ventilador na figura A1 e com as curvas do
sistema para 2” gráfico A1 e também para 3” gráfico A2, pode-se notar que o
ventilador trabalhará em regiões muito desfavoráveis de operação, podendo ter-se
instabilidade na vazão requerida. Esta região instável deve-se as pequenas vazões
e altas pressões requeridas pela bancada de medição de vazão, fazendo-se o
ventilador trabalhar em baixas rotações. Uma solução para este problema seria
adotar como de geração de vazão um sistema com compressor, destacando-se
neste caso o compressor do tipo parafuso que consegue manter a vazão mais
constante, e isso é o que se quer na utilização da bancada.
0
50
100
150
200
250
300
50 100 150 200 250 300
Pe
rda
de
Car
ga (
mm
ca)
Vazão (m³/h)
62
APÊNDICE B – ANÁLISE DAS NECESSIDADES DE UM
LABORATÓRIO DE MEDIÇÃO DE VAZÃO DE ACORDO COM A
NBR ISO/IEC 17025.
a) PESSOAL
Segundo a NBR ISO/IEC 17025 (ABNT, 2001), tem-se que a direção e/ou os
responsáveis pelo laboratório devem assegurar a competência de todos que operam
equipamentos específicos, realizam ensaios e/ou calibrações, avaliam resultados e
assinam relatórios de ensaio e certificados de calibração. O pessoal que realiza
tarefas específicas deve ser qualificado com base na formação, treinamento,
experiência apropriada e/ou habilidades demonstradas, conforme for requerido.
A norma referida acima destaca também que o pessoal encarregado pelos
ensaios e/ou calibrações tenha conhecimento dos requisitos gerais expressos na
legislação e nas normas e, ainda, tenha um entendimento da importância dos
desvios encontrados, referente ao uso normal dos itens, materiais, produtos etc. em
questão.
A mesma norma ressalta que o laboratório deve manter os registros das
autorizações, competências, qualificações profissional e educacional, treinamento,
habilidades e experiência relevantes de todo o pessoal técnico, incluindo o pessoal
contratado. Estas informações devem estar prontamente disponíveis e deve incluir
as datas nas quais as autorizações ou competências foram confirmadas.
b) ACOMODAÇÕES E CONDIÇÕES AMBIENTAIS
Conforme a NBR ISO/IEC 17025 (ABNT, 2001) as instalações de um
laboratório de medição de vazão incluindo, mas não se limitando a fontes de
energia, iluminação e condições ambientais, devem ser tais que facilitem a
realização correta dos ensaios e/ou calibrações.
O laboratório deve assegurar que as condições ambientais não invalidem os
resultados ou afetem adversamente a qualidade requerida de qualquer medição,
ensaio ou calibração.
63
O laboratório deve monitorar, controlar e registrar as condições ambientais
conforme requerido pelas especificações, métodos e procedimentos pertinentes, ou
quando elas influenciam a qualidade dos resultados. Os ensaios, calibrações e
medições devem ser interrompidos quando as condições ambientais
comprometerem os resultados.
c) MÉTODOS DE ENSAIO E CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DE MÉTODOS
Segundo a NBR ISO/IEC 17025 (ABNT, 2001), um laboratório de medição de
vazão deve utilizar métodos e procedimentos apropriados para todos os ensaios
e/ou calibrações dentro do seu escopo. Estes incluem amostragem, manuseio,
transporte, armazenamento e preparação dos itens a serem ensaiados ou calibrados
e, onde apropriado, uma estimativa da incerteza de medição, bem como as técnicas
estatísticas para análise dos dados de ensaio e/ou calibração.
O laboratório deve ter instruções sobre o uso e a operação de todos os
equipamentos pertinentes, sobre o manuseio e a preparação dos itens para ensaio
e/ou calibração, ou ambos, onde a falta de tais instruções possa comprometer os
resultados dos ensaios dos ensaios e/ou calibrações. Todas as instruções, normas,
manuais e dados de referência aplicáveis ao trabalho do laboratório devem ser
mantidos atualizados e prontamente disponíveis para o pessoal.
Com relação aos controles de dados de um laboratório de medição de vazão
cabe ressaltar que a NBR ISO/IEC 17025 (ABNT, 2001) diz que quando são
utilizados computadores ou equipamento automatizado para aquisição,
processamento, registro, relato, armazenamento ou recuperação de dados de
ensaio ou calibração, o laboratório deve assegurar que:
a) o software de computador desenvolvido pelo usuário esteja documentado
em detalhes suficientes e apropriadamente validados, como adequado
para uso;
b) sejam estabelecidos e implementados procedimentos para a proteção dos
dados; tais procedimentos devem incluir, mas não se limitar a integridade
e confidencialidade da entrada ou coleta, armazenamento, transmissão e
processamento dos dados; e
c) os computadores e equipamentos automatizados sejam conservados, de
forma a assegurar o funcionamento adequado, e estejam em condições
64
ambientais e operacionais necessárias para a manutenção da integridade
dos dados de ensaio e calibração.
d) EQUIPAMENTOS
Conforme a NBR ISO/IEC 17025 (ABNT, 2001), um laboratório deve ser
aparelhado com todos os equipamentos para amostragem, medição e ensaio
requeridos para o desempenho correto dos ensaios e/ou calibrações (incluindo a
amostragem, preparação dos itens de ensaios e/ou calibração, processamento e
análise dos dados de ensaio e/ou calibração). Nos casos em que o laboratório
precisar usar equipamentos que estejam fora de seu controle permanente, ele deve
assegurar que os requisitos desta norma sejam atendidos.
Cabe ressaltar que o laboratório deve ter procedimentos para efetuar em
segurança o manuseio, transporte, armazenamento, uso e manutenção planejada
dos equipamentos de medição, de modo a assegurar seu correto funcionamento e
prevenir contaminação ou deterioração.
e) RASTREABILIDADE DE MEDIÇÃO
Todo o equipamento utilizado em ensaios e/ou em calibrações, incluindo os
equipamentos para medições auxiliares (por exemplo: condições ambientais), que
tenha efeito significativo sobre a exatidão ou validade do resultado do ensaio,
calibração ou amostragem, deve ser calibrado antes de entrar em serviço. O
laboratório deve estabelecer um programa e procedimento para calibração dos seus
equipamentos.
Para laboratórios de calibração, o programa de calibração de equipamentos
deve ser projetado e operado de forma que assegure que as calibrações e medições
feitas pelo laboratório sejam rastreáveis ao Sistema Internacional de Unidades (SI).
Um laboratório de calibração estabelece a rastreabilidade ao SI dos seus próprios
padrões e instrumentos de medição por meio de uma cadeia ininterrupta de
calibrações ou comparações, ligando-os aos padrões primários das unidades de
medida SI correspondentes.
Para laboratórios de ensaio o programa de calibração de equipamentos
aplica-se a equipamentos de medição e ensaio utilizados com funções de medição,
65
a não ser que tenha sido estabelecido que a contribuição associada da calibração
pouco contribua para a incerteza total do resultado do ensaio.
f) AMOSTRAGEM
O laboratório deve ter um plano e procedimentos para amostragem quando o
mesmo realiza amostragem de substâncias, materiais ou produtos para ensaio ou
calibração subsequente. Tanto o plano como o procedimento de amostragem devem
estar disponíveis no local onde a amostragem é realizada. Os planos de
amostragem devem, sempre que viável, ser baseados em métodos estatísticos
apropriados. O processo de amostragem deve abranger os fatores a serem
controlados, de forma a assegurar a validade dos resultados do ensaio e calibração.
g) MANUSEIO DE ITENS DE ENSAIO E CALIBRAÇÃO
O laboratório deve ter procedimentos para o transporte, recebimento,
manuseio, proteção, armazenamento, retenção e/ou remoção dos itens de ensaio ou
calibração, incluindo todas as providências necessárias para a proteção da
integridade do item de ensaio ou calibração e para a proteção dos interesses do
laboratório e do cliente.
O laboratório deve ter um sistema para identificação de itens de ensaio e/ou
calibração e, também, deve possuir procedimentos e instalações adequadas para
evitar deterioração, perda ou dano no item de ensaio ou calibração durante o
armazenamento, manuseio e preparação.
h) GARANTIA DA QUALIDADE DE RESULTADOS DE ENSAIO E CALIBRAÇÃO
O laboratório deve ter procedimentos de controle da qualidade para monitorar
a validade dos ensaios e calibrações realizados. Os dados resultantes devem ser
registrados de forma que as tendências sejam detectáveis e, quando praticável,
devem ser aplicadas técnicas estatísticas para a análise crítica dos resultados. Este
monitoramento deve ser planejado e analisado criticamente e pode incluir, mas não
estar limitado, ao seguinte:
66
a) uso regular de materiais de referência certificados e/ou controle interno da
qualidade, utilizando materiais de referência secundários;
b) participação em programas de comparação interlaboratorial ou de ensaios
de proficiência;
c) ensaios ou calibrações replicadas, utilizando-se os mesmos métodos ou
métodos diferentes;
d) reensaio ou recalibração de itens retidos; e
e) correlação de resultados de características diferentes de um item.
i) APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
Os resultados de cada ensaio, calibração, ou séries de ensaios ou calibrações
realizadas pelo laboratório devem ser relatados com exatidão, clareza, objetividade,
sem ambiguidade e de acordo com quaisquer instruções específicas nos métodos
de ensaio ou calibração. Para o caso de ensaios ou calibrações realizadas para
clientes internos ou no caso de um acordo escrito com o cliente, os resultados
podem ser relatados de forma mais simplificada.
67
APÊNDICE C – PROJETO DA BANCADA DE MEDIÇÃO DE
VAZÃO DO LABORATÓRIO.
Figura C1 – Vista frontal da bancada de medição de vazão
Fonte: O autor e WG Manutenção (2011).
Figura C2 – Vista superior da bancada de medição de vazão
Fonte: O autor e WG Manutenção (2011).
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Figura C3 – Vista lateral direita da bancada de medição de vazão
Fonte: O autor e WG Manutenção (2011).
Figura C4 – Componentes da bancada de medição de vazão
Fonte: O autor e WG Manutenção (2011).
