Desenvolvimento de uma bancada gravimétrica automática para calibração de medidores de vazão com diferentes fluidos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016.Atualmente nos processos de produção tornou-se muito delicado o tema dos erros na medição de vazão, já que esses erros representam geralmente perdas econômicas para as empresas. Com a finalidade de minimizar esses erros deve-se ter o cuidado de que os dados de medição dos instrumentos se encontrem dentro das especificações de incerteza de medição e para isso é importante realizar calibrações periódicas. Uma forma de realizar a calibração nos medidores de vazão é através das comparações mássicas (método gravimétrico), já que a massa é uma propriedade fundamental da matéria e seu valor não é alterado sob diferentes condições de temperatura e pressão, o que faz com que o processo de calibração de vazões mássicas ocorra de forma mais fácil. Em vista disso, o presente trabalho apresenta a descrição de dois sistemas de calibração implementados, ambos para baixas vazões de líquidos, de até 6 kg/h, e baseados no método gravimétrico. Um primeiro protótipo de baixo custo foi construído para identificar os pontos mais críticos e permitir a construção mais acertada de um segundo protótipo, a versão melhorada do primeiro. Para ambos os protótipos, foi usado um medidor de vazão tipo Coriolis como transdutor em avaliação, que serviu como padrão para avaliação das bancadas. O primeiro protótipo apresentou desvios da ordem de 2% quando seus resultados foram comparados com as indicações do medidor Coriolis. No segundo protótipo, foram corrigidos os pontos fracos do primeiro protótipo, e com isso foi possível diminuir 42 vezes o erro do primeiro protótipo em relação ao transdutor empregado como padrão, atingindo valores da ordem de 0,03%. A construção do segundo protótipo foi realizada de forma a permitir sua operação com diferentes fluidos de trabalho, sendo assegurada através de projeto a compatibilidade com água, diferentes tipos de óleo mineral e gasolina. Uma avaliação da incerteza de medição dos ensaios realizados com o segundo protótipo indicou uma incerteza expandida de ±0,002 kg/min, sendo esse valor inferior à incerteza encontrada para o medidor Coriolis, o tipo com melhores especificações metrológicas do mercado.Abstract : Currently in production processes, flow measurement errors have become a serious issue, these errors generally represent economic losses. In order to minimize them, one must it ensure that the measurement data of the instruments are within the specifications of measurement uncertainty and, for this purpose, it is important to perform periodic calibrations. One way to perform flow meter calibrations is through mass comparisons (gravimetric method), since the mass is a fundamental property of matter and its value is not changed under different conditions of temperature and pressure, which allows the mass flow calibration process to occur more easily. In view of this, the present work presents the description of two calibration systems implemented for operating with low flow rates of liquids, up to 6 kg/h, and based on the gravimetric method. A first prototype of low cost was built to identify the most critical points and, thus, support the development of a second prototype, an improved version of the first. For both prototypes, a Coriolis flowmeter was used in the position of the transducer to be evaluated, but it, in fact, served as a standard for evaluating the responses of both systems. The first prototype presented errors around 2% when its measurements are compared with the indications of the Coriolis meter. The second prototype corrected the main weaknesses of the first prototype, achieving errors 42 times lower than the ones presented by the first prototype (absolute errors are of approximately 0.03%). The second prototype was designed to allow its operation with different working fluids, being ensured through project compatibility with water, different types of mineral oil, and gasoline. An evaluation of the measurement uncertainty of the second prototype indicated an expanded measurement uncertainty of ±0.002 kg/min, which is lower than the uncertainty value found for the Coriolis meter, the flowmeter principle with better metrological specifications in the market