Calibração do medidor de vazão mássica

A calibração do medidor de vazão mássica foi realizada para garantir o correto valor de medição do medidor de referência.

Conforme descrito na seção 3.1.1.1, Rossetto (2014) mostrou que calibrações com diferentes fluidos possuem praticamente o mesmo comportamento. Como a calibração com água é mais simples e mais barata que a calibração com fluido refrigerante, optou-se pelo seu uso como fluido de calibração.

4.1.3.1 Bancada para calibração

Para tal calibração, foi utilizada uma bancada cujo esquema de montagem é apresentado na figura 41. Os números representam os itens instalados na bancada.

1. Reservatório para a água a ser utilizada na calibração. 2. Válvula de controle para ajustar a vazão mássica. 3. Medidor de vazão mássica a ser calibrado.

4. Válvula para interromper a vazão de água ao finalizar a calibração.

5. Recipiente posicionado sobre a balança para medir a massa de água.

6. Balança para medir a massa de água que escoou através do medidor de vazão mássica.

Figura 41 - Esquema da bancada de calibração de medidores de vazão mássica.

Fonte: Autor.

4.1.3.2 Calibração de vazão mássica

Para iniciar o teste, é necessário garantir que não haja bolhas de ar na tubulação, pois a presença de bolhas irá ocasionar uma grande oscilação na medição de vazão. Para tal, as válvulas (indicadas pelos números 2 e 4 na figura 41) devem ser abertas para permitir a máxima vazão de água durante o tempo necessário até eliminar bolhas de ar misturadas à água.

Depois, a balança deve ser zerada com o recipiente (5) posicionado sobre a mesma. Além da balança, o indicador de massa total do medidor de vazão mássica também deve ser zerado.

Com a preparação pronta, a água é liberada ao abrir a válvula para interromper a vazão de água (4). Durante o teste, é ajustada a vazão com a válvula de controle (2). Ao finalizar o teste, a válvula para cessar a vazão de água é fechada.

Depois de fechada a válvula, é realizada a leitura da massa de água na balança e no totalizador do medidor. Com esses valores é possível avaliar o desvio na medição de vazão mássica.

controlado por um contador digital. Essa é a duração utilizada para o processo de calibração de vazão mássica aplicado na empresa onde o trabalho será aplicado.A calibração foi realizada no intervalo de vazão mássica entre (2 e 4) kg/h, intervalo esse que compreende a maior parcela dos compressores testados nos painéis de avaliação de eficiência da empresa que serve de estudo de caso para este trabalho.

Os primeiros dados de calibração foram realizados com mass flow

cutoff 5 do medidor de vazão mássica em 0,2 kg/h. Esse valor é muito superior em relação ao usualmente utilizado no processo de medição, definido em 3 g/h. Entretanto, mesmo com o valor muito maior do que o usual, em alguns momentos a calibração era influenciada por ruídos que ocasionam um desvio na medição da massa total.

Para eliminar os ruídos, foi utilizado mass flow cutoff em 1 kg/h. Com esse novo parâmetro, apenas vazões acima de 1 kg/h são registradas na massa total. Como a vazão mínima calibrada é de 2 kg/h, não haverá impacto no processo de calibração.

Além disso, o damping factor6 utilizado foi zero, com o objetivo de eliminar qualquer efeito de filtro do sinal no processo de calibração. Caso não seja realizada essa configuração, a medição de massa total será influenciada devido ao tempo de assentamento da medição de vazão indo de zero até a vazão final do teste.

A medição é realizada através da somatória da massa total que passa através do transdutor de vazão mássica e é armazenada no recipiente para a água. A conversão para vazão mássica é realizada dividindo a massa total pelo tempo do teste, sempre constante em 1800 s.

A balança utilizada é da marca Marte, modelo AC 10 K. A incerteza de medição apresentada na calibração é de ± 0,2 g no pior caso (MARTE CIENTÍFICA).

4.1.3.3 Primeira calibração de vazão mássica

Os primeiros resultados obtidos mostraram diferença de até 1% entre a massa medida no medidor de vazão mássica em relação à massa

5

Mass flow cuttoff : parâmetro configurável que determina o mínimo valor de vazão mássica que deve ser medido pelo transdutor. Valores de vazão abaixo desse valor são indicados como zero e não são consideradas no totalizador

(MICROMOTION, 1998).

6

Damping factor : constante de tempo (τ) de um filtro de primeira ordem pelo qual passam as medições antes de serem disponibilizadas pelo medidor. Com o

parâmetro ajustado para o valor zero, o filtro é eliminado (MICROMOTION, 1998).

medida na balança para 2,5 kg/h e até 0,75% para vazão de 4 kg/h, conforme indica a figura 42, na qual cada ponto representa um valor da calibração.

Figura 42 - Diferença de massa entre medidor de vazão mássica e da balança.

Fonte: Autor.

Ao avaliar o valor absoluto, é visto que a diferença é inferior a 0,011 kg/h para a vazão média de 2,5 k/h e 0,013 kg/h para a vazão de 4 kg/h.

Dados o valor de incerteza de medição combinada da balança e do medidor de vazão mássica, representada pela linha tracejada na figura 42, é possível identificar que há alguma causa especial para a diferença entre ambos.

4.1.3.4 Evaporação do fluido de calibração

Como o valor medido está incoerente em relação à incerteza de medição, foi investigado qual o motivo para ocasionar essa diferença. Depois de algumas análises verificou-se que, após o fluido ser medido no medidor de vazão mássica e cair sobre a balança, parte desse fluido era evaporado e não contabilizado na massa total final medida pela balança, conforme mencionado em (MICROMOTION, 1998).

Os valores para comprovar essa hipótese são mostrados na tabela 9. Do instante zero até 9 horas, o recipiente não possuía tampa e ocorreu redução da massa de água medida pela balança de 4,5 g. Esse valor, apesar de pequeno, no processo de calibração pode ser amplificado devido ao

efeito de agitamento do fluido ocasionado pela queda do mesmo no recipiente.

Depois, das (9 às 24) h, o recipiente permaneceu tampado. Com isso, praticamente não ocorreu variação da massa de água, que foi reduzida em apenas 0,1 g.

Tabela 9 - Evaporação da água no recipiente para calibração de vazão mássica.

Tempo [h] Massa [g] Diferença de massa [g]

00:00 999,3

09:00 994,8 4,5

24:00 994,7 0,1

Fonte: Autor.

Portanto, para minimizar esse comportamento, passou-se a utilizar uma tampa sobre o recipiente. Dessa forma, é reduzida a quantidade de água que evapora, reduzindo assim o impacto na calibração do medidor de vazão.

Entretanto, apesar desse fator influenciar no processo de calibração, a influência se mostrou muito pequena quando comparada com a diferença encontrada na calibração inicial. Isso é comprovado na figura 43, que mostra que, mesmo com o uso da tampa, há uma diferença maior do que a esperada entre balança e medidor de vazão mássica.

A linha tracejada indica a incerteza de medição combinada entre o medidor de vazão mássica e a balança. Poucas medições realizadas ficaram com a diferença abaixo desse limite. Portanto, as médias das diferenças ficaram acima da incerteza de medição, comprovando que a diferença é superior ao esperado.

Apesar de influente, conforme pode ser visto na comparação entre a calibração com e sem a tampa na figura 44, a parcela de evaporação é pequena, porém, não é a única responsável pela diferença entre balança e medidor de vazão mássica.

4.1.3.5 Verificação do zeramento

Outra possibilidade para a diferença entre a balança e o medidor de vazão mássica é um desvio de zero no medidor. Para fazer essa análise, o

mass flow cutoff foi definido como zero para permitir que se meça se há ou

Figura 43 - Calibração com tampa sobre o recipiente de água.

Fonte: Autor.

Figura 44 - Comparação da calibração com e sem o uso da tampa sobre o recipiente de água.

Fonte: Autor.

A medição foi realizada com o medidor de vazão mássica cheio de água, com válvulas fechadas na entrada e na saída durante mais de uma hora. O resultado mostrou um desvio de zero de 0,012 kg/h.

com o recipiente com a tampa, o valor médio fica muito próximo a zero, como pode ser visto na figura 45.

Figura 45 - Diferença entre balança e medidor de vazão mássica corrigindo erro de zero.

Fonte: Autor.

Com a correção de zero, praticamente todos os pontos de calibração ficaram dentro do intervalo esperado, dado a incerteza de medição combinada entre balança e medidor de vazão mássica.

Dessa forma, pode-se afirmar que o desvio apresentado no processo de calibração inicialmente possuíam duas fontes: evaporação do fluído ao longo da calibração e desvio de zero fora da especificação do fabricante. A primeira parcela possui baixo impacto, porém, a segunda parcela contribuiu significativamente para o desvio de medição. Reduzindo as duas parcelas, o processo de calibração funcionou corretamente e pode- se garantir que o medidor de vazão mássica mede corretamente.