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 PRHfor17.rtf PROGRAMA DE RECURSOS HUMANOS DA ANP PARA O SETOR PETRÓLEO E GÁS - PRH-ANP PRH NO 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 PRHfor17.rtf PROGRAMA DE RECURSOS HUMANOS DA ANP PARA O SETOR PETRÓLEO E GÁS - PRH-ANP PRH NO 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. PRHfor17.rtf PROGRAMA DE RECURSOS HUMANOS DA ANP PARA O SETOR PETRÓLEO E GÁS - PRH-ANP PRH NO 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______ PRHfor17.rtf