DESAFIOS DA MACROMEDIÇÃO PARA GARANTIR A CONFIABILIDADE DOS ÍNDICES DE PERDAS 1º Encontro Técnico da Baixada Santista Santos, 29 e 30 de abril de 2009 Nilson Massami Taira nmtaira@ipt.br
História da Metrologia A Metrologia tem suas origens na antiguidade. Gravuras de épocas a cerca de quatro mil anos As necessidades de medições se restringiam a quantidades de produtos que em geral eram medidas por peso ou por volumes de líquidos (leite,vinho, azeite) ou grãos. A gestão local das unidades era geralmente assumida por quem detinha o poder, pelos governantes ou pelas autoridades religiosas locais. Um pouco da História Desde a antiguidade, a Justiça e a Metrologia estão associadas. Nas mitologias antigas os Deuses da Metrologia são frequentemente os mesmos que os da Justiça.
Um pouco da História História Moderna Na virada do século XIX para o XX foram criados Laboratórios Nacionais de Metrologia (NMI), como o PTR (depois PTB)/o NPL, o NBS (depois NIST), o Instituto Colonnetti na ltália, o Instituto metrológico do Japão. No Brasil, a Metrologia e os ensaios se iniciavam na Escola Politécnica de São Paulo, (depois incorporada à USP)/dando origem ao IPT/SP (1899). Em 1961 foi criado o Instituto Nacional de Pesos e Medidas (INPM), que implantou a Rede Brasileira de Metrologia Legal e Qualidade, os atuais IPEMs. Em 1973, nascia o Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial - INMETRO NMI
Um pouco da História MARCO REGULATÓRIO NO BRASIL Agência Nacional do Petróleo Portaria Conjunta Nº1 ANP/INMETRO (19.Junho.2000) Aprovou o: REGULAMENTO TÉCNICO DE MEDIÇÃO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL Objetivo: Guarantir resultados de medição completos e exatos
Um pouco da História Regulamento ANP/INMETRO: CLASSE DE EXATIDÃO NAS MEDIÇÕES DE ÓLEO ORGANISATION INTERNATIONALE DE MÉTROLOGIE LÉGALE OIML International Recommendation R117 Part 1: Metrological and technical requirements Measuring Systems for Liquids other than Water Fiscal Classes de Exatidão: Apropriação 0,3 0,5 1,0 1,5 2,5 A ± 0,3 % ± 0,5 % ± 1,0 % ± 1,5 % ± 2,5 % B ± 0,2 % ± 0,3 % ± 0,6 % ± 1,0 % ± 1,5 % Tabela 1. Erros máximos admitidos por classe de exatidão (classe 0.3 para medição fiscal e classe 1.0 para medição de apropriação) - OIML R 117. A: erros máximos para sistemas de medição completos; B: erros máximos para o medidor unicamente.
Regulamento ANP/INMETRO: Um pouco da História REQUISITOS NA MEDIÇÃO DE GÁS NATURAL Medição Fiscal: medição do volume de óleo ou gás produzido e fiscalizado em um ponto da produção em terra ou no mar (incerteza < 1,5%) Medição de Apropriação: medição para a determinação dos volumes produzidos a serem apropriados a um determinado poço ou campo (incerteza < 2,0%) Medição Operacional: medição para o controle da produção (incerteza < 3,0%)
POR QUÊ MEDIR? Medir a vazão de um fluido significa medir o fluxo de $$$! Comércio de gás natural no Brasil: 80 milhões de std m 3 /dia. Incerteza acumulada de 1% na medição: 800.000 std m 3 /dia Preço: R$ 1,00/m 3 R$800 mil/dia ou R$ 300 milhões/ano Produção de água tratada na RMSP: 63 m 3 /s Incerteza acumulada de 3% na medição: 163 mil m 3 /dia Preço: R$ 0,50/m 3 R$82 mil/dia ou R$ 30 milhões/ano
POR QUÊ MEDIR? O setor de água ainda não se apropriou dos conceitos de metrologia e transferência de custódia, que são velhos conhecidos do setor de petróleo. Estamos assistindo a uma corrida ansiosa na busca de soluções de medição, de rastreabilidade e de confiabilidade para a medição de vazão de água. Onde encontrar as soluções? INMETRO? ANA? Comitês de bacias? Agências reguladoras? ABNT, ISO? Universidades, Institutos de Pesquisas?
O QUE É CONFIABILIDADE? Confiabilidade é a qualidade do sistema que nos permite confiar, de forma fundamentada, no serviço oferecido. Confiabilidade é um conceito global, que se decompõe em vários elementos quantificáveis: fiabilidade (reliability) (confiabilidade) disponibilidade (availability) reparabilidade (maintainability) segurança contra acidentes (safety) segurança contra acesso não autorizado (security)
O QUE É CONFIABILIDADE? Confiabilidade (outros entendimentos) metrológica (possui calibração e rastreabilidade). não há reclamação/questionamento. o usuário entende e sabe o que faz.
Um pouco de humor Os engenheiros abusam da simplificação ou de autoconfiança? Sic.. Após os sistemas de unidades: SI, MKS,CGS, que não foram aceitos integralmente, pois não atingiam as necessidades práticas da engenharia, está sendo oficializado um novo sistema, que se propõe a suprir as inconsistências dos sistemas atuais, pelo sentido implícito que possui.
Um pouco de humor
PÉROLAS DO SETOR Um pouco de humor... A Metrologia não é uma ciência! É uma arte onde os números são torturados...... algumas vezes eles (medidores) confessam, outras não!!... O índice de perdas de uma empresa de saneamento não é uma informação técnica confiável!... é uma decisão política e de sobrevivência!... O meu medidor não precisa de calibração e também possui classe de proteção especial! Então, pode ser enterrado....... Os vazamentos garantem a integridade da rede... Concordo em parte!
Elemento secundário totalização de volume O QUE É CALIBRAÇÃO? Calibração de macromedidor em campo Calibração do conjunto sensor, cabo e indicador cuidados com conversores A/D estação pitométrica Alimentação Medidor
O QUE É INCERTEZA? Incerteza de medição é o parâmetro, associado ao resultado de uma medição, que caracteriza a dispersão dos valores que, razoavelmente, podem ser atribuídos ao mensurando.[vim 3.9]...a incerteza do resultado de uma medição reflete a carência de um conhecimento exato do valor do mensurando... Passa ou não-passa? VIM - Vocabulário internacional de termos fundamentais e gerais de metrologia, 3ª edição, 2003 especificação inferior especificação superior
POR QUÊ MEDIR? Água tornou-se fluido caro (Ainda não?) Falta de confiabilidade na medição e controle nos sistemas produtores e distribuidores Perdas nos sistemas urbanos (30 a 40%, metodologia antiga) Cobrança pelo uso água: captação e lançamentos Para alguns usuários a água representa mais $ que a eletricidade Esgoto é um grande problema $, tanto para indústria quanto p/ empresas de saneamento
MEDIÇÃO DE VAZÃO SUBMEDIÇÃO NA MICROMEDIÇÃO CARACTERIZAÇÃO DA SUBMEDIÇÃO EM PARQUE DE MEDIDORES DE ÁGUA Volume consumido (l/dia) x Vazão (l/h) 600 500 l/dia 400 300 200 00-10 10-20 20-30 30-40 40-.. 100 0 40-.. ERRO DE INDICAÇÃO < 15 15-20 20-22,5 22,5-30-35 35-60 30 60-100 l/h 100-300 300-750 750-1500 1500-2250 2250-3000 3000- --- 00-10 20-30 m3/mês VAZÃO Qmín Qtr Qmáx
MEDIÇÃO DE VAZÃO SUBMEDIÇÃO NA MACROMEDIÇÃO? BALANÇO HÍDRICO / EFICIÊNCIA DE ETA Balanço por fronteiras Q AC perdas ETA Q AB PROCESSO Q AT Q AD
MEDIÇÃO DE VAZÃO SUBMEDIÇÃO NA MACROMEDIÇÃO? CALIBRAÇÃO EM CAMPO DE MACROMEDIDORES NA RMSP Fonte: IPT 30% 20% D 500 mm 500 mm<d 900 mm 900 mm<d 2500 mm 10% 0% -10% -20% -30% 30% 20% Venturi e tubo Dall 300 mm D 1050 mm Medidores eletromagnéticos 300 mm D 700 mm 10% 0% -10% -20% -30%
MEDIÇÃO DE VAZÃO SUBMEDIÇÃO?? desvio CALIBRAÇÃO EM CAMPO DE MACROMEDIDORES NA R Fonte: IPT 54% 24% 10,7% 10,8% Parshall Eletromagnético Turbina de inserção Eletromagnético de inserção referência +3% (High) -3% (Low ) +4% (HiHi) -4% (LoLo) 10% -10% 12,9% 5% 3% 0% 7,2% 7,0% -3% -5% -7,5% -9,6% -13,6% -22,6% 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 diâmetro da tubulação da EP (mm)
MEDIÇÃO DE VAZÃO CALIBRAÇÃO / INCERTEZA CALIBRAÇÃO EM CAMPO DE MACROMEDIDORES NA R Fonte: IPT incerteza 16,3% Parshall Eletromagnético Turbina de inserção Eletromagnético de inserção +3% (High) +5% (HiHi) 2% melhor medição 7,4% 6,0% 5% 3% 2% 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 diâmetro da tubulação da EP (mm)
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO DE MEDIDORES MEDIDOR VOLUMÉTRICO VAZÃO INSTANTÂNEA força vórtice térmico área variável Coriollis diferencial de pressão velocidade turbina eletromagnético ultra-sônico pistão recíproco pistão rotativo diafragma disco nutante palhetas multirotor resistência linear tubo de Pitot placa de orifício tubo de Venturi bocal tubo multifuros lóbulos engrenagens
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO DE MEDIDORES VOLUMÉTRICO MEDIDOR VAZÃO INSTANTÂNEA Indústria alimentos, química e petroquímica e processos em geral Indústria do petróleo e derivados força vórtice térmico diferencial de pressão área Coriollis variável velocidade turbina eletromagnético ultra-sônico resistência linear tubo de Pitot placa de orifício tubo de Venturi bocal tubo multifuros Indústria da água e saneamento básico
MEDIÇÃO DE VAZÃO MELHORIA DA CONFIABILIDADE Por quê as empresas de saneamento necessitam de um programa de gestão metrológica? A água está se tornando um fluido caro; Falta de confiabilidade na medição e controle; Aumentar a eficiência e redução de custos; Vários medidores instalados em condições inadequadas (próximo a singularidades); (qual incerteza de medição?) A grande maioria dos medidores não podem ser retirados das instalações para serem calibrados;( ou s/ confiabilidade)
MEDIÇÃO DE VAZÃO MELHORIA DA CONFIABILIDADE Por quê as empresas de saneamento necessitam de um programa de gestão metrológica? Medidores antigos com mais de 30 anos. Muitos não são padronizados; (como atender a legislação?) Novos métodos de calibração e de avaliação de incerteza são necessários; ( confiabilidade) Muitas possuem somente uma estimativa de vazão de produção e distribuição, e mudanças nos coeficientes de calibração não são feitas para não provocar perturbações no sistema ( perdas). Competividade? Disponibilidade? E o futuro?
METAS MEDIÇÃO DE VAZÃO MELHORIA DA CONFIABILIDADE Introduzir conceitos de metrologia de fluidos na Cia. para engenheiros e gerentes Calibrar medidores periodicamente (laboratório ou campo) Executar balanços de hídricos nos sistemas produtores e de distribuição; Modernizar a metodologia para calibração de grandes medidores em campo. Metrologia é uma ferramenta de gestão da confiabilidade Gerar confiabilidade dos dados declarados e nas ações de combate às perdas.
MEDIÇÃO DE VAZÃO CALIBRAÇÃO (AFERIÇÃO?) SISTEMA DE PITOMETRIA PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO DE ÁGUA (Cole 1896) JURÁSSICO??
MEDIÇÃO DE VAZÃO CALIBRAÇÃO (AFERIÇÃO?) SISTEMA DIGITAL DE CALIBRAÇÃO EM CAMPO DE GRANDES MEDIDORES DE VAZÃO DE ÁGUA Secundário do medidor em teste "shunt" de telemetria P 25 Ω O N + - S Notebook Convesor Analógico/ Digital A/D L + - I Hart modem Transdutor de pressão D Bateria + - 250 Ω H M + G D2 - E F J B Transdutor de pressão + D1 - A C - + Q H L H L R P max = 500 mmh2o V max =1,9 m/s P max = 5000 mmh2o V max =8,6 m/s Tubo de Pitot Cole y
MEDIÇÃO DE VAZÃO CALIBRAÇÃO (AFERIÇÃO?) SISTEMA DIGITAL DE CALIBRAÇÃO EM CAMPO DE GRANDES MEDIDORES DE VAZÃO DE ÁGUA EP DN 2100mm Q = 9 m³/s
MEDIÇÃO DE VAZÃO CALIBRAÇÃO (AFERIÇÃO?) Calibrar um medidor de vazão também é: olhar o escoamento por dentro.
MEDIÇÃO DE VAZÃO CALIBRAÇÃO / RESULTADO aplicação desvio admissível (*) incerteza expandida de medição transferência de custódia ± 2% ±3% transferência interna ± 3% ±4% controle operacional ± 5% ±5% REAVALIAÇÃO periodicidade (6 meses, 1 ano, 2 anos, etc)? carta de controle metrológico (história) para cada estação de medição Ações corretivas
SISTEMA DE MEDIÇÃO DE ÁGUA PROJETO, OPERAÇÃO E CERTIFICAÇÃO CERTIFICAÇÃO DO SISTEMA DE MEDIÇÃO DE VAZÃO CONCEITO ATUAL Análise do projeto Inspeção de fornecimento Inspeção de operação Estimativa da incerteza de medição Certificação do sistema de medição Especificação Medição Instalação Modelo matemático Documentação Dimensionamento Normas Calibração Fontes de incerteza Normas Avaliação preliminar da incerteza Certificação de conformidade Configuração Incerteza em operação Calibração periódica
MEDIÇÃO DE VAZÃO SOLUÇÃO DA MEDIÇÃO: GESTÃO INSTRUMENTAÇÃO MEDIDOR FLUIDO INSTALAÇÃO SOFTWARE PROCEDIMENTOS OUTROS FATORES AMBIENTAIS RECURSOS HUMANOS
FIM OBRIGADO Nilson Massami Taira nmtaira@ipt.br IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas Centro de Metrologia de Fluidos Av. Prof. Almeida Prado, 532 Cidade Universitária 05508 901 São Paulo SP