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PROGRAMA DE RECURSOS HUMANOS DA ANP
PARA O SETOR PETRÓLEO E GÁS - PRH-ANP
PRH NO
RELATÓRIO DE PLANO DE
TRABALHO DE PESQUISA
1 – IDENTIFICAÇÃO
Nome do Bolsista
João Batista De La Salles Junior
Título do Programa
Engenharia de Processos em Plantas de Petróleo e Gás Natural
Título do Curso / Especialização
Graduação em Engenharia Mecânica
Instituição
Sigla
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Nome do Orientador (1)
UFRN
Nome do Orientador (2)
Luiz Pedro de Araújo
2 – TÍTULO
Influência dos Parâmetros geométricos e dimensionais em placas de orifício na determinação da vazão
3 – INTRODUÇÃO
O controle de grandezas dimensionais e geométricas é extremamente importante e necessário
quando executamos qualquer projeto. Estão especificadas nas diversas áreas da engenharia, dentre elas
na medição de vazão, uma das áreas de grande destaque na indústria. Todas as máquinas ou peças são
projetadas e representadas através de desenhos, que contêm suas dimensões nominais, com as
respectivas tolerâncias dimensionais e/ou geométricas. Depois de fabricadas, o controle dimensional e
geométrico comprovará se as peças ou máquinas foram confeccionadas de acordo com o projeto. Na
medição de vazão, as placas de orifício são dispositivos de baixo custo de instalação e manutenção, e
portanto as mais utilizadas no mundo por ser um medidor extremamente versátil. Assim, para uma
placa de orifício com um diâmetro nominal de 25 mm em seu orifício, podem ser encontradas placas
com valores maiores ou menores que 25 mm, além de variações geométricas como ovalização do
orifício e planeza das faces. Estas variações dimensionais e geométricas devem ser determinadas
através de medições mais sofisticadas, com máquina de medir por coordenadas ou medidores de
forma, e dependendo dos seus valores podem afetar o resultado da medição. Um exemplo disso é que
se uma peça cilíndrica está oval por efeito de deformação, a medida do diâmetro da mesma pode
resultar em duas medidas: o diâmetro máximo e o diâmetro mínimo. Isso em termos da vazão,
principalmente para medições em grandes escalas poderá acarretar grandes desperdícios de líquidos ou
gás. Segundo (FRANÇA, Fernando A. – 1997), o consumo mundial, base anual, de líquidos e gases, é
aproximadamente de 3 bilhões m3 e 600 bilhões Nm3, respectivamente. Assim, uma incerteza de +/3% nas medições realizadas por medidores podem conduzir créditos ou déficits contábeis de até 90
milhões m3 de líquido e 18 bilhões Nm3 de gás. Há um esforço, atualmente, de vários laboratórios
internacionais (rede internacional de laboratórios de medidas e certificação) para aprimorar os
medidores de vazão e reduzir as incertezas de medidas.
No projeto, trataremos como medidor de vazão as placas de orifício, por possuir geometria
simples, além da demanda que recebemos no laboratório de metrologia da UFRN para calibração onde
poderemos estar utilizando para as devidas medições. Estimaremos diferentes valores de pressões e
velocidades de escoamentos dos fluidos, analisando assim a influência desses parâmetros
dimensionais e geométricos na determinação da vazão, que será feita através de cálculos, a fim de
obter os resultados.
4 – OBJETIVO
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Analisar a influência de grandezas geométricas (circularidade, planeza, rugosidade superficial) e
dimensionais de placas de orifícios na determinação da vazão de líquidos ou gases. Determinação das
incertezas destas grandezas na determinação da vazão, e análise comparativa dos dados obtidos com
os requisitos estabelecidos em regulamentos e normas técnicas.
5 – RELEVÂNCIA DO TEMA
As placas de orifício são dispositivos de baixo custo de instalação e manutenção. Sua grande
desvantagem reside na perda de carga que impõe ao escoamento (intrusão importante), em função da
expansão a jusante da placa. A incerteza de medição desse dispositivo se situa em cerca de 2 a 4 % do
fundo de escala.
Quando se mede as dimensões de diferentes peças, como placas de orifício, cujo
funcionamento foi experimentado e considerado adequado, verifica-se que essas dimensões podem
oscilar dentro de certos limites, mantendo-se as condições de funcionamento anteriormente previstas.
A diferença entre as duas medidas limites admissíveis, ou seja, entre os valores máximo e mínimo,
chama-se tolerância.
Esse sistema moderno de fabricação requer que cada peça ou conjunto de um produto final seja
feito de acordo com as especificações definidas quanto às dimensões, forma e acabamento.
As tolerâncias de fabricação são insuficientes para se determinar exatamente como a deve estar
a peça depois de pronta para evitar que haja trabalho posterior.
Pela comparação da peça real fabricada com a ideal especificada pelo projeto e mostrada no
desenho da peça pode-se determinar que são diferentes. O grau dentro do qual dentro do qual a peça
real difere da projetada, determinado pela qualificação da usinagem, caracteriza exatidão de
fabricação. Em muitos casos, os desvios da peça original para a peça realmente fabricada podem ser
indicados previamente, enquadrando-se assim nas chamadas tolerâncias geométricas, repesentadas
pelos desvios de forma e posição. Esses desvios provêm da falta de rigidez da máquina-ferramenta, de
um dispositivo de usinagem, da perda do gume cortante de uma ferramenta e outros inúmeros fatores
que influenciam diretamente na qualidade final de uma peça usinada.
Por esses fatores, a utilização do computador na metrologia dimensional e/ou controle de
qualidade geométrica é extremamente importante, não é uma questão de racionalização de mão-deobra e sim, em primeiro plano, a própria viabilização econômica e/ou técnica da medição.
Através do computador, alcança-se a redução dos erros de medição de forma a tornar o
instrumento adequado (à tarefa de controle geométrico), rapidez, de forma que o processo tornar-se
economicamente viável dentro do processo produtivo, solução de problemas complexos de aquisição e
processamento dos dados, viabilizando tecnicamente a medição, etc.
O controle dimensional do produto acabado, como única operação de controle no processo
produtivo, pode ser altamente prejudicial em função de refugo de grandes lotes e de ser altamente
sujeito a erros. Isto faz com que estações de controle sejam levadas junto ao processo de usinagem
com o intuito de identificar, mais cedo, o aparecimento de peças fora de comportamento dos meios de
produção e, através de realimentação, corrigir o processo de forma que não se efetive o aparecimento
de dimensões fora de tolerâncias
A aplicação racional da tecnologia de medição por coordenadas tornou-se viável com o
desenvolvimento dos computadores que passaram a ter:
- enormes potencialidades matemáticas;
- flexibilidade de comunicação e conexão com um processo;
- resistência a ambientes industriais;
- pequeno porte e baixo custo.
Através de uma máquina de medir por coordenadas determina-se, de forma universal, com um
mínimo de dispositivos e instrumentos específicos, as coordenadas de certos pontos sobre a peças a
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controlar. Tais pontos convenientemente processados pelo computador associado resultam os
parâmetros geométricos da peça. O desenvolvimento das máquinas de medir por coordenadas (MMC)
foi favorecido ainda pela evolução dos sistemas de medição de deslocamento eletrônicos, que
permitem elevar a sua qualidade e viabilizaram a sua integração com sistemas automatizados de
fabricação. As MMC’s têm em comum com tais sistemas a característica de grande flexibilidade.
As medições são realizadas em uma máquina de medir por coordenadas, levando-se em
consideração os diâmetros d e D, devido ao erro de circularidade da placa de orifício. Assim, analisa-se
se haverão diferenças significativas ou não na determinação da vazão.
6 – METODOLOGIA
O procedimento consistirá primeiramente na análise e na medição de vários parâmetros (circularidade,
planicidade, diâmetro do orifício, espessura da placa, etc.) importantes nas placas de orifício que virão
a ser calibradas no laboratório de metrologia da UFRN, com a utilização da máquina de medir por
coordenadas que dispomos. Anteriormente deverão ser analisados documentos recentes de calibração
de placas de orifício arquivados no laboratório, utilizando-os como fonte de dados. De posse desses
dados, utilizando as devidas equações encontraremos valores de vazão. Assim estaremos analisando o
comportamento da vazão em diversos níveis de pressão fazendo um contraste entre a análise da placa
sem levar em consideração seus erros geométricos, e em seguinte levando em consideração os
parâmetros dimensionais e geométricos da placa, como por exemplo, a provável ovalização de seu
orifício, devido o efeito da deformação, aonde a medida do diâmetro da mesma pode resultar em duas
medidas: o diâmetro máximo e o diâmetro mínimo. Serão, portanto, realizados vários cálculos da
vazão em placas de orifício de diversos tamanhos, aonde serão construídos gráficos para melhor
demonstrar a influência desses erros dimensionais e geométricos na determinação da vazão.
7 – ETAPAS
Foram realizadas pesquisas bibliográficas a fim de buscar fundamentação teórica para o trabalho.
Atendendo a demanda de placas de orifício no laboratório de metrologia da UFRN, foram feitas as
devidas calibrações obtendo dados de alguns parâmetros das placas, como o erro de circularidade,
rugosidade superficial, etc. De posse desses dados foram realizados os cálculos e a análise desses
parâmetros geométricos e dimensionais na determinação da vazão. Outros parâmetros estão sendo
analisados.
8 – CRONOGRAMA DE TRABALHO
Atividade
Revisão Bibliográfica
Disciplinas
Calibração de placas de orifício
Cálculos em função dos dados de
novas placas
Análise dos resultados
Redação de monografia e relatórios
1º
2º
3º
Trimestre
4º
5º
OK
OK
X
X
X
OK
X
X
X
X
OK
X
X
X
X
OK
X
X
X
X
X
OK
X
X
X
X
X
OK
OK
X
6º
X
7º
8º
X
9 – DISCIPLINAS DA ESPECIALIZAÇÃO
Introdução à Engenharia de Petróleo
Cálculo de Incerteza
Metrologia
10 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FRANCO IBARS, Rubén Alcides, Desenvolvimento e avaliação de tubos Venturi para medição de
vazão. Piracicaba-SP, 2004.
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SCHNEIDER, Paulo, Medição de velocidade e vazão em fluidos. Porto Alegre-RS, 2003.
AZEVEDO, Luís Fernando A., Introdução à medição de vazão, Métodos experimentais para
engenharia mecânica. Rio de Janeiro – PUC-RJ.
FRANÇA, Fernando A., Instrumentação e Medidas: grandezas mecânicas. UNICAMP 2007.
AGOSTINHO, Oswaldo Luiz, 1943 – Tolerâncias, ajustes, desvios e análise de dimensões, por
Oswaldo Luiz Agostinho, Antônio Carlos dos Santos Rodrigues [e] João Lirani. São Paulo, Edgar
Blucher, Ed. Da Universidade de São Paulo, 1977.
M. White, FRANK. Fluid Mechanics, Fourth Edition. University of Rhode Island - Kingston.
November 1998.
GÈRARD, Jean Delmée. Manual de Medição de Vazão. 3ª edição – São Paulo: Edgard Blucher, 2003.
11 – OUTRAS OBSERVAÇÕES PERTINENTES
Nenhuma
Local
Data
Natal
___19_/_11_/_2008______
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