Calibração de medidores de caudal de gás usando o método da diluição dinâmica

Abstract

Neste trabalho é estudado o processo de medição do caudal mássico de gases à temperatura ambiente e à pressão atmosférica. Este assunto interessa a um vasto conjunto de processos que fazendo uso de elevados caudais de gases em condutas e necessitam de instrumentação de medição adequados. Para efeitos de comparação, neste trabalho foram ensaiadas duas metodologias para determinar o caudal mássico em placas de orifício e avaliadas as respectivas incerteza de medição: uma com base num modelo teórico baseado numa norma técnica e outro com base num procedimento de diluição dinâmica. Faz parte integrante do trabalho a avaliação da incerteza de cada um dos processos, tendo sido usada a metodologia GUM. Para o efeito anterior foram descritos os sensores utilizados na obtenção das variáveis relevantes, sujeitos a calibração directa ou por diluição dinâmica e obtidas as respectivas incertezas expandidas. Neste trabalho descreve-se a formulação analítica que permite a aplicação de placas de orifício (norma ISO 5167) ao cálculo do caudal de gás e determinada a incerteza associada. Foram comparados os resultados obtidos pelo método de diluição dinâmica e a formulação recomendada pela norma referida, tendo-se concluído que têm incertezas semelhantes. Neste trabalho são ainda propostos e analisados modelos alternativos de placas de orifício Este trabalho inclui ainda a aplicação da diluição dinâmica à calibração de um sensor de velocidade de ar instalado numa conduta de modo a obter um modelo para o caudal mássico de ar ventilado através da conduta.

This paper discusses the measurement of mass flow of atmospheric air at room temperature and atmospheric pressure. This subject is of interest to a broad set of processes that make use of high airflows and needs instrumentation that allows the monitoring of these processes, and therefore it becomes necessary detailed knowledge of the responses of different sensors required for the measurement process including their measurement uncertainties. For comparison purposes in this paper are studied two methods of determining the mass flow rate of the orifice plate: one based on a theoretical model of the technical norm, and the other based on a dilution method. The uncertainty associated with each of them is accessed by implemented balances of uncertainty according to GUM methodology and the use of specific software package. The sensors used to obtain the relevant variables are studied and their expanded uncertainties obtained. The analytical formulation for the orifice plate recommended by the ISO5167 standard is described and it’s uncertainty is obtained. These results are compared with the values reported by the manufacturers of commercial orifice plate meters. The results obtained by dynamic dilution method and the formulation recommended by the standard are compared and found to have similar uncertainties. Several models were obtained for the orifice plate. The dynamic dilution method was applied to the calibration of a air velocity sensor in order to obtain a model for the mass flow rate passing through the sensor.