Problemas de medição em Engenharia, várias ciências ou a mesma ciência? A perspectiva da instrumentação

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1 Problemas de medição em Engenharia, várias ciências ou a mesma ciência? A perspectiva da instrumentação João Palma Centro de Instrumentação Científica Laboratório Nacional de Engenharia Civil jpalma@lnec.pt

2 Introdução >O progresso das ciências da engenharia vive das contribuições conjugadas da formulação teórica e da experimentação. >A instrumentação e a metrologia são aspectos essenciais da investigação experimental. >O Centro de Instrumentação Científica do LNEC contribui para o desenvolvimento e a modernização de instrumentação científica (medição, actuação e controlo) e da metrologia. >A medição é uma actividade essencial à investigação, mas também de grande importância na indústria e serviços. Nesta sessão a medição será tratada em duas vertentes: instrumentação metrologia nesta apresentação na apresentação seguinte 2

3 Medição Cadeia de medição fenómeno físico grandeza a medir transdução (produção das medições) sinais aquisição transmissão dados utilização processamento arquivamento reutilização Instrumentação Metrologia Tecnologia Qualidade transdução, condicion. sinal, comunic. avaliação de incertezas, rastreabilidade 3

4 Medição Órgãos, sinais, perturbações transdução transmissão órgão(s) primário(s) condicionador de sinal equipamento de aquisição Sinais analógicos (excitação e resposta) Sinais analógicos (resultados de medição) dispositivos interpostos (isolamento, conversão, reforço de sinal, protecção ) Sinais com informação digital dispositivos interpostos 4

5 Medição uma ciência à parte? >A necessidade de medir surge nas diversas áreas da engenharia. >Para medir há que recorrer a conhecimentos específicos de instrumentação e de metrologia. >Então, qual o caminho a seguir... encomendar os estudos de medição a especialistas? empreendê-los autonomamente? congregar as várias especialidades? >A experiência do CIC no LNEC encontra sucesso nesta última via. Áreas de engenharia Instrumentação Metrologia São ciências distintas mas têm de ser convocadas conjuntamente para enfrentar problemas complexos. 5

6 Medição de concentração de ar em emulsões ar/água Método de variação da resistência eléctrica ar u ar Existe variante óptica t 6

7 Escoamento de emulsão ar-água: barragem de Pedrógão (Q 1000 m 3 /s) Fot.: Matos (2010) 7

8 Medição de concentração de ar em emulsões ar/água: modelo de um descarregador em degraus típico de barragens de BCC (LNEC) Matos (1999) 8

9 Sonda e condicion. de sinal do USBR para medição de concentrações Intervenção no LNEC: acesso a sinais internos; equilibragem e ajuste de limiares de deteção Fot.: Matos (1999) 9

10 Medição de caudal em sistemas de águas residuais Métodos ultrassónicos para medição de velocidade média Efeito Doppler de onda contínua amplitude u β v u u 4 u 3 u 2 u 1 f S f D emissor / receptor. 10

11 Medição de caudal em sistemas de águas residuais Métodos ultrassónicos para medição de perfis de velocidades Efeito Doppler de onda pulsada x onda pulsada x b x a 0 t a t b t 0 u med u Existe variante por correlação de reflexões (UVP) 11

12 Caso do estudo realizado para a indústria SANEST Rede com 67 pontos de medição Características muito variadas

13 Caso do estudo realizado para a indústria SANEST 67 pontos de medição Características muito variadas

14 Caso do estudo realizado para a indústria EPAL Guia técnico para o IRAR

15 Conclusões >Os problemas de medição complexos (...são quase todos...) requerem verdadeiro envolvimento multidisciplinar Adquirir alta tecnologia para medição não basta... Encomendar a medição a tecnólogos é um mito... >O CIC do LNEC dispõe de experiência de trabalho de colaboração com diversas áreas de engenharia civil, quer em I&D quer na indústria, em pequena e em grande escala. >Há boas perspectivas de I&D no âmbito dos recursos naturais. Ex. os : medição de campos de velocidades e de caudais em escoamentos com superfície livre; medição de concentrações de ar em água. >É necessário investir em equipamentos, em modelos físicos e em recursos de calibração. 15

16 Obrigado pela atenção.