DESAFIOS DA MACROMEDIÇÃO PARA
GARANTIR A CONFIABILIDADE DOS ÍNDICES
DE PERDAS
Nilson Massami Taira nmtaira@ipt.br 1º Encontro Técnico da Baixada Santista
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,
Um pouco da História
História da Metrologia
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.
Desde a antiguidade, a Justiça e a Metrologia estão associadas. Nas mitologias antigas os Deuses da Metrologia são
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
Um pouco da História
História Moderna
NMINo 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
Agência Nacional do Petróleo
MARCO REGULATÓRIO NO BRASIL
Um pouco da História
Portaria Conjunta Nº1 ANP/INMETRO (19.Junho.2000)
Aprovou o:
REGULAMENTO TÉCNICO DE MEDIÇÃO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL
ORGANISATION INTERNATIONALE DE MÉTROLOGIE LÉGALE
OIML International Recommendation R117 Part 1: Metrological and technical requirements Measuring Systems for Liquids other than Water
CLASSE DE EXATIDÃO NAS MEDIÇÕES DE ÓLEO
Regulamento ANP/INMETRO:
Um pouco da História
Measuring Systems for Liquids other than Water
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. Classes de Exatidão:
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 %
Fiscal
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%)
REQUISITOS NA MEDIÇÃO DE GÁS NATURAL
Regulamento ANP/INMETRO:
Um pouco da História
ou no mar (incerteza < 1,5%)
Medição Operacional: medição para o controle da produção
(incerteza < 3,0%)
Medição de Apropriação: medição para a determinação dos
volumes produzidos a serem
apropriados a um determinado poço ou campo (incerteza < 2,0%)
Medir a vazão de um fluido significa medir o fluxo de $$$!
Comércio de gás natural no Brasil: 80 milhões de std m3/dia.
POR QUÊ MEDIR?
Comércio de gás natural no Brasil: 80 milhões de std m3/dia.
Incerteza acumulada de 1% na medição: 800.000 std m3/dia
Preço: R$ 1,00/m3 ⇒ R$800 mil/dia ou R$ 300 milhões/ano
Produção de água tratada na RMSP: 63 m3/s
Incerteza acumulada de 3% na medição: 163 mil m3/dia
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 soluçõessoluções
de
de medição,medição, de rastreabilidaderastreabilidade e de confiabilidadeconfiabilidade para a
POR QUÊ MEDIR?
de
de medição,medição, de rastreabilidaderastreabilidade e de confiabilidadeconfiabilidade para a
medição de vazão de água.
INMETRO? INMETRO? ANA? ANA? Comitês de bacias? Comitês de bacias? Agências reguladoras? Agências reguladoras? ABNT, ISO? ABNT, ISO?
Universidades, Institutos de Pesquisas? Universidades, Institutos de Pesquisas?
Onde encontrar as soluções?
• 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:
O QUE É CONFIABILIDADE?
decompõe em vários elementos quantificáveis:
– fiabilidade (reliability) (confiabilidade)
– disponibilidade (availability)
– reparabilidade (maintainability)
– segurança contra acidentes (safety)
O QUE É CONFIABILIDADE?
Confiabilidade (outros entendimentos)
metrológica (possui calibração e rastreabilidade).
não há reclamação/questionamento.
Os engenheiros abusam da simplificação ou de auto-confiança?
Um pouco de humor
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
propõe a suprir as inconsistências dos sistemas atuais, pelo sentido implícito que possui.”
Um pouco de humor
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
“PÉROLAS” DO SETOR
...“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”...
O QUE É CALIBRAÇÃO?
Elemento secundário totalização de volume
Calibração do conjunto sensor, cabo e indicador cuidados com conversores
A/D
Calibração de macromedidor em campo
Alimentação
estação pitométrica
• 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
O QUE É INCERTEZA?
VIM - Vocabulário
• ....a incerteza do resultado de uma medição
reflete a carência de um conhecimento exato do valor do mensurando.... especificação superior especificação inferior Passa ou não-Passa? VIM - Vocabulário internacional de termos fundamentais e gerais de metrologia, 3ª edição, 2003
• 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)
POR QUÊ MEDIR?
• 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
CARACTERIZAÇÃO DA SUBMEDIÇÃO EM PARQUE DE MEDIDORES DE ÁGUA
400 500 600
Volume consumido (l/dia) x Vazão (l/h)
SUBMEDIÇÃO NA MICROMEDIÇÃO MEDIÇÃO DE VAZÃO < 15 15-20 20-22,5 22,5-30 30-35 35-60 60-100 100-300 300-750 1500750- 1500-2250 2250-3000 3000- ---00-10 20-30 40-.. 0 100 200 300 400 l/dia l/h m 3/m ês 00-10 10-20 20-30 30-40 40-.. Qmáx Qtr Qmín VAZÃO ERRO DE INDICAÇÃO
BALANÇO HÍDRICO / EFICIÊNCIA DE ETA Balanço por fronteiras
SUBMEDIÇÃO NA MACROMEDIÇÃO? MEDIÇÃO DE VAZÃO ETA PROCESSO QAB QAT QAD QAC perdas
-10% 0% 10% 20% 30% D≤≤≤≤500 mm 500 mm<<<<D≤≤≤≤900 mm 900 mm<<<<D≤≤≤≤2500 mm SUBMEDIÇÃO NA MACROMEDIÇÃO? MEDIÇÃO DE VAZÃO
CALIBRAÇÃO EM CAMPO DE MACROMEDIDORES NA RMSP Fonte: IPT
-30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% Medidores eletromagnéticos 300 mm≤≤≤≤D≤≤≤≤700 mm Venturi e tubo Dall
300 mm≤≤≤≤D≤≤≤≤1050 mm
-30% -20% -10%
7,2% 54% 24% 10,8% 10,7% 12,9% 7,0% 5% d es vi o Parshall Eletromagnético
Turbina de inserção Eletromagnético de inserção referência +3% (High) -3% (Low ) +4% (HiHi) -4% (LoLo) 10% -10% SUBMEDIÇÃO?? MEDIÇÃO DE VAZÃO
CALIBRAÇÃO EM CAMPO DE MACROMEDIDORES NA R Fonte: IPT
-9,6% -7,5% -13,6% -22,6% 0% -3% 3% -5% 5% 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)
7,4% 16,3% in ce rt ez a Parshall Eletromagnético
Turbina de inserção Eletromagnético de inserção +3% (High) +5% (HiHi)
2% melhor medição
CALIBRAÇÃO / INCERTEZA MEDIÇÃO DE VAZÃO
CALIBRAÇÃO EM CAMPO DE MACROMEDIDORES NA R Fonte: IPT
6,0% 3% 5% 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)
MEDIDOR
VOLUMÉTRICO INSTANTÂNEAVAZÃO
vórtice térmico força área variável Coriollis TIPO DE MEDIDORES MEDIÇÃO DE VAZÃO palhetas diafragma multirotor lóbulos engrenagens bocal velocidade
turbina eletromagnético ultra-sônico diferencial de pressão tubo de Pitot placa de orifício resistência linear tubo multifuros pistão rotativo pistão recíproco tubo de Venturi disco nutante
MEDIDOR
VOLUMÉTRICO INSTANTÂNEAVAZÃO
vórtice térmico força área variável Coriollis Indústria alimentos, química e petroquímica e processos em geral TIPO DE MEDIDORES MEDIÇÃO DE VAZÃO variável bocal velocidade
turbina eletromagnético ultra-sônico diferencial de pressão tubo de Pitot placa de orifício resistência linear tubo multifuros tubo de Venturi Indústria do petróleo e derivados Indústria da água e saneamento básico
• A água está se tornando um fluido caro;
• Falta de confiabilidade na medição e controle;
Por quê as empresas de saneamento necessitam
de um programa de gestão metrológica?
MELHORIA DA CONFIABILIDADE MEDIÇÃO DE VAZÃO
• 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)
• 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
Por quê as empresas de saneamento necessitam
de um programa de gestão metrológica?
MELHORIA DA CONFIABILIDADE MEDIÇÃO DE VAZÃO
• 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).
METAS
• 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
MELHORIA DA CONFIABILIDADE MEDIÇÃO DE VAZÃO
• 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.
SISTEMA DE PITOMETRIA PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO DE ÁGUA
(Cole 1896)
MEDIÇÃO DE VAZÃO CALIBRAÇÃO (AFERIÇÃO?)
SISTEMA DIGITAL DE CALIBRAÇÃO EM CAMPO DE GRANDES MEDIDORES DE VAZÃO DE ÁGUA MEDIÇÃO DE VAZÃO CALIBRAÇÃO (AFERIÇÃO?) Secundário do medidor em teste Bateria H -Transdutor de pressão D1 -+ + -Convesor Analógico/ Digital A/D + -+ H -Transdutor de pressão D2 -+ Notebook A B D C F E G H I J L M 25 0 Ω 25 Ω N O P S "shunt" de telemetria Hart modem T ub o de P ito t C ol e y ∆P max= 500 mmH2O Vmax=1,9 m/s ∆P max= 5000 mmH2O Vmax=8,6 m/s H L H L + - Q R
SISTEMA DIGITAL DE CALIBRAÇÃO EM CAMPO DE GRANDES MEDIDORES DE VAZÃO DE ÁGUA EP DN 2100mm MEDIÇÃO DE VAZÃO CALIBRAÇÃO (AFERIÇÃO?) EP DN 2100mm Q = 9 m³/s
MEDIÇÃO DE VAZÃO CALIBRAÇÃO (AFERIÇÃO?)
Calibrar um medidor de vazão também é: “olhar” o escoamento por dentro.
aplicação admissível (*) desvio incerteza expandida de medição transferência de custódia ± 2% ±3% transferência interna ± 3% ±4% controle operacional ± 5% ±5% MEDIÇÃO DE VAZÃO CALIBRAÇÃO / RESULTADO REAVALIAÇÃO
• periodicidade (6 meses, 1 ano, 2 anos, etc)?
• carta de controle metrológico (história) para cada estação de medição
CONCEITO ATUAL
SISTEMA DE MEDIÇÃO DE ÁGUA PROJETO, OPERAÇÃO E CERTIFICAÇÃO CERTIFICAÇÃO DO SISTEMA DE MEDIÇÃO DE VAZÃO
Análise do projeto Inspeção de fornecimento Inspeção de operação Estimativa da incerteza de medição Certificação do sistema de medição Calibração periódica Avaliação preliminar da incerteza Especificação Dimensionamento Normas Certificação de conformidade Medição Normas Configuração Instalação Calibração Incerteza em operação Modelo matemático Fontes de incerteza Documentação
MEDIDOR MEDIDOR INSTRUMENTAÇÃO SOFTWARE INSTALAÇÃO FLUIDO MEDIÇÃO DE VAZÃO
SOLUÇÃO DA MEDIÇÃO: GESTÃO
PROCEDIMENTOS SOFTWARE INSTALAÇÃO RECURSOS HUMANOS FATORES AMBIENTAIS OUTROS
FIM
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
