Medição de vazão de gás por medidores ultra-sônicos

multifeixes

Comitê de Medição e Transmissão Relatório No. 9

A.G.A. Associação Americana de Gás

Registro 1998 Associação Americana de Gás Todos os direitos reservados

Seção operacional Associação Americana de Gás

1515 Wilson Bulevard Arlington, Virgínia 222O9,

U.S.A.

Catálogo No. XQ9801

Junho de 1998

Retratações e Direitos Autorais

Nada contido em qualquer publicação da Associação Americana de Gás

(A.G.A.) será interpretada como concedendo qualquer direito, implicitamente ou não, para o fabricante, venda ou uso com relação a qualquer método, aparato ou produto cobertos por patente, bem como assegurando qualquer um contra responsabilidade por infração de patente.

Esta publicação da A.G.A. pode ser usada por qualquer um que assim o

deseje. Foram feitos esforços para assegurar a precisão e confiabilidade dos dados contidos nesta publicação; porém, fazer uso da A.G.A. não representa nenhuma garantia, ou garante a conexão com outras publicações da A.G.A. e por este meio nega expressamente qualquer responsabilidade por perda ou dano oriundo do resultado do uso desta; ou por qualquer violação de regulamento Federal, Estadual ou Municipal com que esta publicação da A.G.A. possa conflitar; ou por infringir qualquer patente no uso de qualquer publicação da A.G.A.. Nada contido neste relatório deverá ser visto como um endosso pela A.G.A. dos produtos de qualquer fabricante em particular.

Copyright © 1998 Associação Americana de Gás, todos os direitos reservados.

Prefácio

Este relatório constitui-se em um conjunto de recomendações para o uso do medidor de vazão de gás do tipo ultra-sônico. Os medidores de vazão do tipo Ultra-sônico Multifeixe devem atingir ou exceder os níveis de precisão, funcionalidade e requisitos dos testes especificados e os usuários devem adotar as recomendações de instalação preconizadas neste documento.

A Nota Técnica de engenharia AGA M-96-2-3, Ultrasonic Flow Measurement for

Natural Gas Applications, está incluída no Anexo C, como uma fonte de informações e consulta para medidores de vazão de gás tipo ultra-sônico. O conteúdo desta nota técnica está baseado na informação disponível quando a nota foi escrita em março de 1996. Conseqüentemente, no caso de haver contradições entre as informações contidas no relatório principal e no Anexo C, prevalece conteúdo do relatório principal.

Os resultados dos testes, pesquisas, e os dados de calibração dos medidores de vazão têm

indicado que medidores de vazão do tipo ultra-sonico multifeixe podem medir vazão de gás com precisão quando instalados com trecho reto de tubulação suficiente a montante do medidor para produzir escoamentos com perfil de velocidades turbulento plenamente desenvolvido. Várias combinações de configuração de tubulação, válvulas e comprimentos de trecho reto a montante podem produzir perturbações do perfil de velocidades na entrada do medidor o que pode resultar em erros de medição de vazão. O valor do erro depende da magnitude da distorção produzida no perfil de velocidades na entrada do medidor, de acordo com a configuração do trecho reto e da habilidade do medidor compensar esta distorção. Outros efeitos que também podem resultar em erros na medição de vazão para uma determinada instalação são os níveis de pulsação, as faixas de pressão operacional e a temperatura ambiente.

A calibração do medidor pode vir a ser necessária para satisfazer os requisitos de precisão

especificados neste relatório. São providas diretrizes de calibração para ocasiões em que uma calibração é solicitada pelo usuário com o objetivo de verificar a precisão do medidor ou aplicar um fator de calibração para minimizar a incerteza de medição (veja Anexo A).

Ao contrário dos medidores de gás mais tradicionais, os medidores de gás do tipo ultra-sônico

multifeixes têm um sistema microprocessado incorporado. Este relatório inclui, para referência, uma coletânea internacional de especificações e testes aplicáveis a medidores de gás eletrônicos. Estes testes encontram-se resumidos no Anexo B, e são usados para demonstrar que o sistema eletrônico do medidor ultra-sônico multifeixes tem desempenho aceitável sob diferentes influências e perturbações.

Este relatório oferece critérios gerais para a medição de gás através de medidores ultra-

sônicos multifeixes. Ele se constitui no resultado cumulativo de anos de experiência de muitos indivíduos e organizações familiarizados com a medição de vazão de gás. Este documento poderá ser revisado quando necessário. Quando qualquer revisão for julgada aconselhável, esta deverá ser enviada para: Seção Operacional, Associação Americana de Gás, 151 5 Wilson Boulevard, Arlington, VA 22209, U.S.A. O formulário para este propósito está incluído ao término deste relatório.

ÍNDICE

Medição de Vazão de Gás por Medidores do tipo Ultra-sônico Multifeixes 1 Retratações e Direitos Autorais 2 Prefácio 3

1 Introdução 5 1.1 Escopo 5 1.2 Princípio de Medição 5

A precisão de um medidor ultra-sônico de gás depende de vários fatores, tais como: 5 2 Terminologia 5 3 Condições Operacionais 6

3.1 Qualidade do gás 6 3.2 Pressões 6 3.3 Temperaturas do Gás e Ambiente. 6 3.4 Faixa de vazão 6 3.5 Trecho Reto a montante e Perfis de vazão 6

4 Especificações do Medidor 7 4.1 Normas e Regulamentação 7 4.2 Corpo de Medidor 7 4.3 Transdutores Ultra-sônicos 8 4.4 Eletrônica 9 4.5 Programas de Computador 9 4.6 Documentação 11

5 Requisitos de Desempenho 12 5.1 Definições 13 5.2 Geral 14 5.3 Pressão, Temperatura e Influências da Composição do Gás 15

6 Requisitos individuais de Testes no Medidor 16 6.1 Testes de Vazamento 16 6.2 Medidas Dimensionais 16 6.3 Teste de Verificação de Vazão Zero (Teste de Zero) 16 6.4 Calibração com Vazão 17 6.5 Garantia de Qualidade 18

7 Requisitos de Instalação 19 7.1 Considerações Ambientais 19 7.2 Configuração de Tubulação 19 7.3 Computador de Vazão Associado 21 7.4 Manutenção 22

8 Verificação Periódica em Campo 23 9 Lista de referência 24

1 Introdução

1.1 Escopo

Este relatório foi elaborado para medidores ultra-sônicos multifeixe por tempo de trânsito usados para a medição de gás natural com diâmetros maiores ou iguais a 6’’. Os medidores do tipo ultra-sônico multifeixe têm, no mínimo, dois pares independentes de transdutores de medição (trajetória acústica). Aplicações típicas incluem a medição de grandes volumes de gás em instalações de produção, gasodutos, instalações de armazenamento, sistemas de distribuição e grandes consumidores usuários finais.

1.2 Princípio de Medição

Os medidores do tipo Ultra-sônicos multifeixe são medidores que inferem a vazão de gás a partir dos tempos de trânsito de pulsos de alta freqüência. Os tempos de trânsito, por sua vez, são determinados a partir de pulsos ultra-sônicos, deslocando diagonalmente através do tubo, a favor e contra o sentido do escoamento do gás. A diferença entre estes tempos de trânsito é relacionada com a velocidade do escoamento do gás através dos feixes acústicos. Técnicas de cálculo numérico são então usadas para calcular a velocidade axial média do escoamento do gás e a vazão volumétrica nas condições de operação do medidor.

A precisão de um medidor ultra-sônico de gás depende de vários fatores, tais como:

1. geometria precisa do corpo do medidor e da posição dos transdutores ultra-sônicos; 2. técnica de integração inerente ao projeto do medidor; 3. desenvolvimento do perfil de escoamento, níveis de pulsação que existam no fluxo de

gás e uniformidade do gás; e 4. precisão nas medições do tempo de trânsito. 5. A precisão na medição do tempo de trânsito depende de: 6. estabilidade de relógio eletrônico; 7. detecção consistente das posições de referência da onda pulso ultra-sônica; e 8. compensação apropriada dos tempos de resposta dos componentes eletrônicos e

transdutores.

2 Terminologia

Para a finalidade deste relatório, aplicaremos as definições seguintes: auditor Representante do operador ou outra parte interessada que examine as

operações de medidor ultra-sônico multitrajetória. projetista

Companhia que projeta e constrói instalações de medição e compra medidores ultra-sônicos multifeixe.

inspetor Representante do projetista que visita as instalações do fabricante com propósitos de garantia de qualidade.

fabricante

Companhia que projeta, fabrica, vende e entrega medidores ultra-sônicos multifeixe.

operadora

Companhia que opera medidores ultra-sônicos multifeixe e executa operações de manutenção de rotina.

UPS Unidade de Processamento de Sinais, a parte do medidor ultra-sônico multifeixe que é composto pelo sistema de microprocessamento eletrônico.

MU Medidor Ultra-sônico multifeixe para medição da vazão instantânea de gás.

3 Condições Operacionais

3.1 Qualidade do gás

O medidor deverá, como uma exigência mínima, operar com quaisquer misturas e composições de gás natural conforme especificado no relatório A.G.A. No. 8., o que abfaixa densidades relativas entre 0,554 (metano puro) e 0,870.

O fabricante deverá ser consultado em quaisquer das seguintes condições: 1) se a atenuação da onda acústica devido a níveis de gás carbônico for superior a 10%; 2) caso a operação se aproxime da densidade crítica da mistura do gás natural; e 3) se concentração de enxofre total exceder 320 ppm, incluindo as mercaptanas, H2S e

compostos de enxofre.

Os depósitos que ocorrem nas tubulações (por exemplo, condensados, traços de óleo, areia ou sujeira, materiais particulados) podem afetar a precisão do medidor devido a redução da sua seção transversal. Os depósitos também podem atenuar ou obstruir o deslocamento da onda ultra-sônica entre os emissores e receptores, e, em alguns projetos do medidor, alterar o reflexo nas suas paredes internas.

3.2 Pressões

Os transdutores Ultra-sônicos usados no MU requerem uma densidade mínima de gás para assegurar um acoplamento acústico dos pulsos entre os transdutores. Assim, o projetista deve especificar as pressões mínimas e máximas operacionais do medidor.

3.3 Temperaturas do Gás e Ambiente.

Deve ser assegurada a operação do MU dentro da faixa de temperaturas do gás e do ambiente entre -25 e 55ºC. O projetista deverá especificar a faixa esperada de temperaturas operacionais do gás. A faixa de temperaturas do ar ambiente se aplica ao corpo do medidor com e sem vazão de gás, à eletrônica instalada, aos transdutores, ao cabeamento e aos demais componentes expostos no campo.

O fabricante deverá apresentar as especificações das condições para a temperatura do gás e do ambiente, caso elas difiram das especificadas acima.

3.4 Faixa de vazão

A faixa de vazões que pode ser medida por um MU é definida pela velocidade real do gás. O projetista deverá estimar as vazões de operação e assegurar que elas estejam dentro da faixa de vazões especificada pelo fabricante (qmin, qt, e qmax - vide Seção 5.1 para definições). Os requisitos de precisão para a condição operacional dentro de qmin, qt e qmax estão estabelecidos nas Seções 5.2, 5.2.1 e 5.2.2 deste relatório. O projetista deve examinar cuidadosamente a velocidade máxima do fluido com relação ao ruído e a integridade dos dutos (erosão, vibrações do poço termal).

O MU tem a capacidade inerente de medir vazão em qualquer sentido com idêntica precisão, uma vez que o mesmo é bidirecional. O projetista deve especificar se a medição bidirecional é requerida, de forma que o fabricante possa configurar corretamente os parâmetros na UPS.

3.5 Trecho Reto a montante e Perfis de vazão

As configurações da tubulação a montante do medidor podem afetar adversamente o perfil de velocidades do gás na entrada do MU a ponto de ocasionar erros de medição. A magnitude destes erros é função da capacidade do medidor de compensar corretamente tal condição. Pesquisas sobre efeitos da instalação no desempenho dos medidores têm sido realizadas, e o projetista deve consultar o fabricante a respeito dos resultados mais recentes para avaliar como a precisão de um MU pode ser afetada por uma configuração de instalação em particular.

Mais adiante na Seção 7.2.2 deste relatório estão disponíveis mais recomendações.

4 Especificações do Medidor

4.1 Normas e Regulamentação

O corpo dos medidores e todas as outras partes, inclusive as estruturas pressurizadas e componentes eletrônicos externos devem ser projetados e construídos com materiais adequados para as condições de serviço para as quais o medidor foi projetado, conforme normas e regulamentos aplicáveis a cada instalação de medição e de acordo com o especificado pelo projetista.

4.2 Corpo de Medidor

4.2.1 Pressão Operacional Máxima

Os medidores devem ser fabricados para acoplamento com flanges padronizados para tubulações de Gás Classe ANSI 300,600, 900. A pressão operacional máxima do medidor deve ser projetada para estar abaixo das suportadas pelo corpo do medidor, flanges, conectores e acessórios dos transdutores .

A pressão máxima operacional requerida deverá ser determinada utilizando as normas adequadas para cada classe de pressão e para a faixa de temperaturas do ambiente especificada. O projetista deve fornecer ao fabricante todas as informações sobre normas aplicáveis ao local de instalação e qualquer outra exigência específica da operadora do sistema.

4.2.2 Resistência à Corrosão

Todas as partes do medidor em contato com o fluido devem ser fabricadas com materiais compatíveis com gás naturais e fluidos relacionados.

Todas as partes externas do medidor devem ser construídas com materiais não corrosivos ou possuírem revestimento para proteção contra corrosão para uso em atmosfera tipicamente encontrada na industria de gás natural ou conforme especificado pela operadora do sistema.

4.2.3 Comprimentos de Corpo e Furações de Acoplamen to a Tubulação

Os fabricantes devem publicar o comprimento padrão face a face do corpo do seu medidor, para cada classe de flange ANSI e diâmetro. O projetista, opcionalmente, poderá especificar um comprimento diferente para igualar ao já existente na tubulação.

O UM e a tubulação na entrada do mesmo, deverão ter seus diâmetros internos iguais, dentro do limite de ±1%, uma em relação ao outro. Para aplicações bidirecionais, devem ser considerados ambos os lados do corpo do medidor e as respectivas tubulações.

4.2.4 Suporte dos Transdutores Ultra-sônicos

Como o gás natural pode conter um pouco de impurezas (por exemplo, óleos leves ou condensados), os suportes dos transdutores devem ser projetados de modo a reduzir a possibilidade de líquidos ou sólidos se acumularem nas entradas do transdutor.

Se especificado pelo projetista e disponível pelo fabricante, o medidor deverá ser equipado com válvulas e dispositivos adicionais necessários para troca dos transdutores sem a necessidade de despressurização e com o medidor operando. Neste caso, uma válvula p/ sangria pode ser requerida além da válvula de isolamento para assegurar que nenhuma pressão exista atrás do transdutor antes de acionar o mecanismo de extração.

4.2.5 Tomada de Pressão

Pelo menos uma tomada de pressão deverá ser fornecida para medir a pressão estática no medidor. Cada tomada de pressão deverá ter diâmetro interno nominal de 1/8” a 3/8”, ser cilíndrica sobre pelo menos 2,5 vezes o diâmetro do medidor, medida a partir da parede interna do medidor. As extremidades da tomada de pressão deverão ser rebarbadas mantendo um arredondamento mínimo. Para um medidor com espessura de paredes menores que 5/16”, a tomada deverá ser de diâmetro nominal de 1/8”.

Roscas fêmeas na tubulação devem ser fornecidas para cada tomada de pressão sendo de 1/4” NPT ou 1/2” NPT com válvula de isolação. A conexão deverá ser instalada de tal forma que permita a rotação da válvula durante a instalação direta na tomada de pressão do medidor. Tomadas de pressão podem ser localizadas, no topo, lado esquerdo ou direito do corpo do medidor. Tomadas

adicionais podem proporcionar ao projetista a flexibilidade na localização do transdutor de pressão para fácil acesso a manutenção e drenagem de condensados do interior do medidor.

4.2.6 Diversos

O medidor deverá ser projetado de tal modo que o corpo não quando colocado em uma superfície lisa com uma inclinação de até 10%. Isto é para evitar dano aos transdutores, SPU e UM, quando temporariamente apoiado no chão durante instalação ou trabalho de manutenção.

O medidor devera ser projetado para permitir manuseio fácil e seguro durante transporte e instalação. Olhais de espaçamento para correia de levantamento deverão ser fornecidos.

4.2.7 Identificações no Corpo do Medidor

Uma plaqueta contendo as seguintes informações deverá ser fixada no corpo do medidor. • Nome do fabricante, modelo, número de série, mês e ano fabricação • Tamanho do medidor, classe do flange e peso total • Diâmetro interno • Temperaturas máxima e mínima de armazenagem • Código do corpo e material, e código do flange e material • Pressão máxima operacional e faixa de temperatura • Máxima e mínima (nas condições de vazao) vazão volumétrica por hora real • Direção da vazão positiva ou direta • (opcional) número da ordem de compra, número de ordem do vendedor e ou número de

identificação (tag) do usuário. Cada transdutor deverá ser permanentemente marcado com uma designação única para

referência fácil. Se as marcações forem estampadas no corpo do medidor, deverão ser usados punções de baixa-tensão que produzem uma impressão de fundo arredondado.

4.3 Transdutores Ultra-sônicos

4.3.1 Especificações

Os fabricantes deverão estabelecer as especificações gerais do transdutor ultra-sônico, como dimensões críticas, máxima pressão operacional permissível, faixa de pressão operacional, faixa de temperatura operacional e limitações da composição de gás.

O fabricante deverá especificar a pressão operacional mínima baseado no modelo do transdutor ultra-sônico, tamanho do UM e condições operacionais esperadas. Esta pressão mínima deverá ser marcada ou etiquetada no UM para alertar o pessoal de campo ou ao operador de que o medidor poderá não registrar vazão a pressões reduzidas no gasoduto.

4.3.2 Taxa de Variação da Pressão

A despressurização súbita de um transdutor ultra-sônico pode causar dano se um volume de gás aprisionado se expandir dentro do transdutor. Se necessário, informações claras devem ser dadas pelo fabricante para despressurização e pressurização do medidor e transdutores durante instalação, início de operação, manutenção e operação.

4.3.3 Troca

Deverá ser possível substituir ou relocar os transdutores sem uma mudança significante no desempenho do medidor. Isto significa que uma troca de transdutores e uma possível mudança das constantes do software da UPS orientada pelo fabricante, o desvio resultante no desempenho do medidor não estará fora dos limites das exigências de desempenho especificado nas Seções 5.2, 5.2.1 e 5.2.2. O fabricante deverá especificar procedimentos a serem adotados quando da troca de transdutores, e conseqüentes ajustes mecânicos, elétricos ou outros que tenham de ser feitos.

4.3.4 Testes dos Transdutores

Cada transdutor ou par de transdutores deve ser testado pelo fabricante e os resultados documentados como parte do programa de garantia de qualidade do UM. Cada transdutor deverá ser marcado ou deverá ser etiquetado com um número de série permanente e deverá ser fornecido com os dados gerais do transdutor listados em Seção 4.3.1. Se A UPS requerer transdutores com especificações e parâmetros distintos então cada transdutor ou par de transdutores também deverá ser fornecido com documentação de teste que contenha os dados específicos de calibração, método

de calibração utilizado bem como os parâmetros de caracterização.

4.4 Eletrônica

4.4.1 Requisitos Gerais

O sistema de eletrônica do UM, inclusive fonte de alimentação, microprocessador, componentes de processamento de sinais e circuitos excitadores dos transdutores ultra-sônicos, poderão ser alojados em uma ou mais cápsulas montadas sobre ou próximas ao medidor e que está sendo chamada de Unidade de Processamento de Sinal (UPS).

Opcionalmente, uma unidade remota contendo a fonte de alimentação e a interface do operador poderá ser instalada em uma área não classificada e conectada à UPS através de multi-cabo.

A UPS deverá operar sob condições ambientais especificadas nos requisitos de desempenho do medidor nas Seções 5.2, 5.2.1 e 5.2.2. Também deverá ser possível substituir a UPS inteira ou trocar qualquer módulo desta em campo sem uma mudança significativa de desempenho do medidor. “Mudança significativa” é explicada na Seção 4.3.3.

O sistema deverá conter uma função supervisória para garantir o reinício automático dA UPS no caso de uma falha do programa ou travamento.

O medidor deverá operar com uma alimentação nominal de 120 V AC ou 240 V CA a 50 ou 60 Hz ou sistema de bateria de 12 V CC ou 24 V CC, conforme especificado pelo projetista.

4.4.2 Especificações dos Sinais de Saída

A UPS deverá ser equipada com pelo menos um das produções saídas. • Saída serial; RS-232, RS-485 ou equivalente • freqüência, representando a vazão instantânea nas condições da linha

O medidor também poderá ser equipado com uma saída analógica de (4 a 20mA CC) representando a vazão instantânea. O sinal de vazão deverá ser escalonado até 120% da vazão máxima do medidor, qmax.Uma função de corte de vazão baixa deverá atuar na saída zerando o medidor, quando a vazão for inferior ao valor mínimo (não aplicável para a saída de dados).

Duas saídas separadas de vazão e uma sinalização de direção de vazão ou dados serial deverão ser fornecidas para aplicações em medições bidirecionais, para facilitar a acumulação separada de volumes pelo computador de vazão associado e sinal de saída de lotado direcional.

Todas as saídas deverão ser isoladas e deverão ter proteção de tensão necessária para satisfazer os requisitos do Apêndice B.

4.4.3 Requisitos de Segurança do Projeto Elétrico

O projeto do UM, inclusive a UPS, deverá ser analisado, testado e certificado por um laboratório credenciado, e então cada medidor deverá ser marcado como aprovado para operação em uma categoria do Código Nacional de Eletricidade, Classe I, Divisão 2, Grupo D, Área Perigosa, como um mínimo. Projetos intrinsecamente seguros e a prova de explosão são geralmente certificados e rotulados para áreas de Divisão 1. O projetista poderá especificar classificações mais severas que a Divisão 1, para instalações mais conservadoras.

Jaquetas de cabo, borracha, plástico e outras partes expostas deverão ser resistentes a luz ultravioleta, chamas, óleo e graxa.

4.5 Programas de Computador

4.5.1 Firmware

Os programas do computador responsáveis pelo controle e operação do medidor deverão ser armazenados em uma memória não volátil. Todas as constantes de cálculo e parâmetros de operação também deverão ser armazenados em memória não volátil.

Para fins de auditoria, deverá ser possível verificar todas as constantes de cálculo e parâmetros enquanto o medidor estiver em operação.

O fabricante deverá manter um registro de todas as revisões de programas, inclusive número de série, dados da revisão, modelos de aplicação do medidor, revisões de circuitos e placas e uma descrição das mudanças do programa.

O número de revisão do programa, data da revisão, número de série ou número de checagem

devem estar disponíveis ao auditor para inspeção visual do chip de firmware, no mostrador ou porta de comunicação digital.

O fabricante poderá oferecer revisão de programas periodicamente para melhorar o desempenho do medidor ou adicionar novas características. O fabricante notificará o operador se a revisão de programa afetar a precisão do medidor calibrado.

4.5.2 Software de Manutenção e Configuração

O medidor deverá ser fornecido com a capacidade para configuração local ou remota da UPS e para a monitoração das operações do medidor. Como um mínimo, o programa deverá poder exibir e registrar as seguintes medições: vazão operacional, velocidade média do fluxo, velocidade média do som no meio, velocidade de som ao longo de cada feixe acústico e qualidade acústica do sinal ultra-sônico recebida por cada transdutor. Como opção, o fabricante poderá fornecer estas funções no programa como parte integrante do medidor.

4.5.3 Inspeção e Funções de Auditagem

Deverá ser possível ao auditor ou ao inspetor ver e imprimir os parâmetros de configuração do medidor de vazão usados na UPS, por exemplo, constantes de calibração, dimensões do medidor, média de tempo e taxa de amostragem.

Providências deverão ser tomadas para prevenir uma alteração não detectável desses parâmetros que afetam o desempenho do medidor. Providências satisfatórias incluem um interruptor ou ‘jumper’ lacrado, um chip programável de memória não volátil somente leitura ou uma senha para a UPS.

(Opcional) Deverá ser possível ao auditor verificar se todos os algoritmos, constantes e parâmetros de configuração que estão em uso, em qualquer medidor específico, estão produzindo a mesma ou melhor performance obtida quando esse medidor específico foi calibrado em vazão pela última vez e qualquer fator de calibração nessa ocasião tenha sido alterado. O auditor pode ter que confiar no fabricante para partes desta verificação por causa da natureza de propriedade de alguns algoritmos do UM.

4.5.4 Alarmes

As seguintes saídas de alarme deverão ser fornecidas na forma de falha/segurança, chaves tipo relé de contatos secos livres de tensão de estado sólido isolada de terra.

• Saída inválida (output invalid): quando a vazão indicada á condições operacionais for inválida • (opcional) Problema (trouble): quando quaisquer dos vários parâmetros monitorados ficar fora

das condições de operação normal por um período significativo de tempo • (opcional) falha parcial (partial failure): quando os dados provenientes de um ou mais dos

vários transdutores ultra-sônicos não são utilizáveis

4.5.5 Parâmetros para Diagnósticos

O fabricante deverá prover as seguintes e outros diagnósticos de medição via saída serial, por exemplo, RS-232, RS-485 ou equivalente.

• velocidade axial média através do medidor • velocidade de vagão para cada feixe acústico (ou equivalente para avaliação do perfil de

velocidade) • velocidade de som ao longo de cada feixe acústico • velocidade média do som através do fluxo • taxa de amostragem (?) • tempo médio entre amostragens • porcentagem de pulsos válidos para cada feixe acústico • indicadores de status e qualidade de medição • indicadores de alarme e falha

4.5.6 Unidades de Engenharia

As seguintes unidades devem ser usadas para os vários valores associados com o UM. Parâmetro Unidades inglesas Unidades do S.I.

Massa específica lb/cf kg/m³

energia Btu J

massa lb kg

diâmetro da tubulação Polegada mm

pressão psi ou lbf/in² Pa

temperatura ºF ºC

velocidade ft/s m/s

viscosidade, dinâmica absoluta Ib/(ft.seg) Pa.s

volume cf m³

vazão volumétrica nas condições operacionais acf/h m³/h

4.6 Documentação

Outras seções deste relatório exigem documentação que atestem a precisão, e documentação de verificação de efeitos da instalação, de eletrônica, de transdutores de ultra-som e verificação de vazão zero. O fabricante também deverá prover todos os dados necessários, certificados e documentação para uma configuração correta, parametrização e particularidades de aplicação do medidor em particular, para que este medidor opere corretamente. Isto inclui o manual do operador, certificados de teste de pressão, certificados de materiais, relatório de medição de todos os parâmetros geométricos do carretel e certificados dos parâmetros de verificação da vazão zero utilizados. A documentação que assegura a qualidade deverá estar disponível para o inspetor ou para o projetista quando solicitado.

O fabricante deverá prover, no mínimo, um conjunto dos seguintes documentos. Toda a documentação deverá ser datada.

a. uma descrição do medidor, dando as características técnicas e o princípio de operação b. um desenho em perspectiva ou fotografia do medidor c. a nomenclatura das partes com uma descrição dos materiais que constituem as partes d. um desenho de montagem com identificação e listagem das partes com nomes e. um desenho dimensional f. um desenho mostrando o local dos pontos de verificação e selos g. um desenho dimensional com os componentes metrologicamente importantes h. um desenho da plaqueta de dados e dos arranjos para inscrições i. um desenho de cada dispositivo auxiliar j. instruções para instalação, operação, manutenção periódica e pesquisa de defeitos k. documentação de manutenção, inclusive os de terceiros para cada componente reparável em

campo l. uma descrição da eletrônica da UPS e seu arranjo, e uma descrição geral de sua operação m. descrição das saídas disponíveis e quaisquer mecanismos de ajuste n. uma lista de interfaces eletrônicas e placas de terminais com características essenciais de

cada uma. o. uma descrição das funções do programa e dos parâmetros de configuração da UPS,

incluindo os valores de fábrica e instruções de operação. p. documentação referente aos códigos de segurança e regulamentações que o projeto de

construção obedece. q. documentação de desempenho do medidor conforme requisitos da Seção 5, “Requerimentos

de Desempenho” r. documentação informando que o medidor passou com sucesso nos testes de Apêndice B

“Prova do Projeto Eletrônico” s. comprimentos mínimos de trecho reto de tubulação a montante e a jusante necessários para

não criar um erro adicional de medição de vazão maior que ± 0,3%

t. máxima perturbação permissível no perfil de vazão para não criar um erro adicional de medição de vazão maior que ± 0,3%

u. um procedimento de teste de verificação de campo como descrito na Seção 8 v. uma lista dos documentos submetidos

4.6.1 Pós-venda

O fabricante deverá fornecer um desenho tipo esboço específico do medidor, incluindo dimensões de face a face, diâmetro interno, espaço necessário para manutenção, pontos de conexão de conduítes e peso estimado.

O fabricante deverá fornecer uma lista de peças sobressalentes recomendados. O fabricante também deverá fornecer desenhos elétricos específicos do medidor que

mostrem para o cliente os terminais elétricos e respectivos esquemas elétricos de todos os componentes de circuito relativo ao primeiro componente isolado; por exemplo, isolador ótico, relé, amplificador operacional, etc. Isto permitirá ao projetista conectar e interfacear corretamente o medidor.

4.6.2 Antes do Embarque

Antes da remessa do medidor, o fabricante deverá disponibilizar o seguinte para a verificação do inspetor: relatórios de metalurgia, relatório de inspeção das soldas, relatórios de teste de pressão e medidas dimensionais finais conforme exigido na Seção 6.2.

5 Requisitos de Desempenho

Esta seção especifica o conjunto de exigências mínimos de desempenho que o UM deverá ter. Se um medidor não for calibrado com vazão, o fabricante deverá prover dados de teste suficientes que confirmem que cada medidor atenderá aos requisitos de desempenho. O projetista também poderá especificar que o medidor seja calibrado com vazão conforme a Seção 6.4. Se o medidor for calibrado com vazão, então deverá satisfazer os mesmos requisitos mínimos de desempenho de medição antes da aplicação de qualquer ajuste do fator de calibração. A soma dos ajustes do fator de calibração, então, deverá estar dentro dos limites de erro declarados nos requisitos de desempenho. Isto é para assegurar que um medidor não seja mascarado por um grande fator de calibração. Ajustes no fator de calibração são feitos para minimizar os desvios sistemáticos do medidor. O projetista recorrerá ao Apêndice A e a Seção 6.4.1 para uma explicação dos métodos e benefícios de calibrar um medidor com vazão e para os ajustes do fator de calibração. O projetista deverá também seguir cuidadosamente as recomendações de instalação da Seção 7,já que qualquer defeito de instalação acrescentará incerteza á medição final.

Para cada projeto e tamanho de medidor o fabricante deverá especificar os limites de vazão qmin, qt, e qmax conforme definido na Seção 5.1. Cada UM, calibrado ou não com vazão, deverá operar dentro da faixa mais precisa para faixas entre qt e qmax e dentro da faixa menos precisa para os faixas menores qt maiores ou iguais a qmin, como definido em Seções 5.2, 5.2.1 e 5.2.2.

5.1 Definições

Desvio A diferença entre a vazão volumétrica instantânea (por exemplo, vazão na unidade de engenharia m³/h) medida pelo medidor sob teste e o valor volumétrico medido pelo medidor de referência. Devem ser consideradas correções para as diferenças de pressão dos gases, temperatura e compressibilidade entre os dois medidores. Os desvios são também medidos como a diferença de vazão mássica entre o medidor sob teste e o de referência. Tipicamente, é calculada a média de três ou mais testes para estabelecer o desvio para cada vazão nominal. Estes testes podem ser usados para determinar a repetitividade, conforme definido abaixo

Erro O desvio observado no medidor é calculado como: Erro percentual =

[(Leitura do Medidor em Teste - Leitura do Medidor de Referência ) ÷ ( Leitura do Medidor de Referência )] x 100

Erro máximo O limite de erro permissível para o faixa operacional especificado do

medidor, deverá ser conforme mostrado na Figura 1 e Seções 5.2.1 e 5.2.2

Erro máximo pico a pico A maior diferença permissível pico a pico deverá ser conforme

mostrado na Figura 1 e Seção 5.2. Isto é aplicado para todos os valores de vazão entre qt e qmax.

maxq A máxima vazão no UM que pode ser medida dentro dos limites de erro, como mostrado nas Seções 5.2.1 e 5.2.2 para medidores grandes e pequenos, respectivamente.

qt A vazão de gás de transição abaixo da qual o limite de erro expandido é aplicável e quando, qt ≤ 0,1 qmax .Veja Figura 1 nas Seções 5.2.1 e 5.2.2.

minq A vazão de gás através da mínima UM que pode ser medida dentro do limite de erro expandido, como mostrado na Figura 1 nas Seções 5.2.1 e 5.2.2.

iq A vazão real de gás medida passando através de um UM sob as condições específicas de testes.

Medidor de referência Um medidor ou dispositivo de medição de vazão com precisão

certificada.

Repetitividade A proximidade das várias medidas sucessivas do medidor em teste para a mesma vazão de referência e sob as mesmas condições operacionais, feitas na mesma direção, para vazão máxima. A repetitividade deve ser apresentada com nível de confiança de 95% baseado na suposição de uma distribuição normal. Veja Seção 5.2.

Resolução A menor variação de velocidade de vazão que é indicada pelo medidor. Veja Seção 5.2.

Taxa de Amostragem O intervalo de tempo entre duas medições de velocidade sucessivas

pelo conjunto completo de transdutores. Tipicamente, entre 0,05 e 0,5 segundos, dependem do tamanho do medidor. Veja Seção 5.2.

Leitura de Vazão Zero A máxima velocidade lida permissível quando o gás esta em repouso; ou seja, ambos os componentes axial e não axial da velocidade são essencialmente zero. Veja Seção 5.2.

5.2 Geral

O desempenho geral de todos os UM deverá satisfazer os seguintes requisitos, antes de fazer qualquer ajuste no fator de calibração.

Repetitividade: ±0,2% para qt ≤ qi ≤ qmax

±0,4% para qmin ≤ qi < qt Resolução: 0,001 m/s

Taxa de Amostragem: ≤ 1 segundo

Máximo erro pico a pico: (Veja Figura 1)

0,7% para qt ≤ qi ≤ qmax

Leitura de vazão zero: 12 mm/s para cada feixe acústico

5.2.1 Precisão de Medidores Grandes

UMs de 12” de diâmetro (nominal) e maiores deverão satisfazer os seguintes requisitos de precisão, antes de fazer qualquer ajuste no fator de calibração.

Erro Máximo: (Veja Figura 1)

±0,7% para qt ≤ qi ≤ qmax ±1,4% para qmin ≤ qi ≤ qt

5.2.2 Precisão de Medidores Pequenos

UMs menores que 12” de diâmetro (nominal) deverão satisfazer os requisitos de precisão para medição de vazão, antes de fazer qualquer ajuste no fator de calibração. Note que os requisitos para os medidores menores foram ligeiramente relaxadas por causa da dificuldade na medição do tempo de trânsito em fluxo de gás turbulento quando os caminhos percorridos pelo pulso forem mais curtos.

Erro Máximo: ±1,0% para maxt iq q q≤ ≤

(Veja Fig. 1) ±1,4% para min i tq q q≤ <

Figura 1

Resumo da Especificação de Desempenho

5.3 Pressão, Temperatura e Influências da Composiçã o do Gás

O UM deverá satisfazer todos os requisitos de precisão acima para a medição de vazão para toda a faixa operacional de pressão, temperatura e composição de gás, sem a necessidade de ajustes manuais, a menos se declarado pelo fabricante. Se o UM requerer uma entrada manual das características do gás (por exemplo: densidade do gás ou viscosidade), o fabricante deverá informar ao operador a sensitividade destes parâmetros para que o operador possa determinar a necessidade de mudar estes parâmetros quando da mudança das condições operacionais.

6 Requisitos individuais de Testes no Medidor

Antes da remessa de cada UM para o projetista ou para o operador, o fabricante deverá inspecionar cada medidor e executar os testes que se seguem. Serão documentados os resultados de todos os testes e verificações executados em cada medidor em um relatório (veja Seção 6.4.2) preparado pelo fabricante e submetido ao projetista ou ao operador.

6.1 Testes de Vazamento

Todo UM, completo com transdutores e válvulas de isolamento de transdutores (se usado), será realizado teste de vazamento pelo fabricante depois da montagem final e antes da remessa para o projetista ou agente calibrador. O meio de teste deverá ser um gás inerte, como nitrogênio. A pressão de teste de vazamento será no mínimo de 1400 kPa, mantido por no mínimo 15 minutos, sem detecção de vazamentos com uma solução líquida não corrosiva ou por um detector ultra-sônico como descrito na ASTM E 1002 - 93. Este teste de vazamento não substitui a necessidade de execução de um teste hidrostático.

6.2 Medidas Dimensionais

O fabricante deverá medir e documentar o diâmetro interno médio do medidor, o comprimento de cada feixe acústico entre as faces dos transdutores e a distância axial (eixo do corpo do medidor) entre os pares de transdutores.

O diâmetro interno médio deverá ser calculado a partir de um total de 12 medidas de diâmetro ou o equivalente determinado por uma máquina de medição de coordenadas. Quatro medidas de diâmetro internas (uma no plano vertical, outra no plano horizontal e duas no plano de aproximadamente 45º do plano vertical) deverão ser feitas em três seções transversais: 1) perto do conjunto de transdutores ultra-sônicos de montante, 2) perto do conjunto de transdutores ultra-sônicos de jusante e 3) no meio entre as duas seções transversais medidas em 1) e 2).

Se os comprimentos dos feixes acústicos ou as distâncias axiais entre os pares de transdutores não puderem ser medidos diretamente, então as distâncias desconhecidas deverão ser calculadas utilizando trigonometria de ângulo-reto e as distâncias possíveis de ser diretamente medidas. Onde a medição dos ângulos for difícil e o resultado não for preciso este método não deverá ser utilizado para o cálculo das distâncias requeridas.

Será medida a temperatura do corpo do medidor na ocasião que estas medidas dimensionais forem feitas. Os comprimentos medidos serão corrigidos para o comprimento equivalente a de um medidor á temperatura de 20º C aplicando-se o coeficiente de expansão térmica do material do corpo. A distâncias médias individuais corrigidas serão então calculadas e informadas com resolução de 0,01 mm.

Todos os instrumentos utilizados para estas medições deverão ter certificados de calibração válidos e rastreados por padrões nacionais; por exemplo, INMETRO no Brasil.

Estas medições e cálculos deverão ser documentados em um certificado, junto com o nome do fabricante do medidor, modelo do medidor, número de série, temperatura do corpo na ocasião que foram feitas as medidas dimensionais, data, nome do indivíduo que fez as medidas e o nome do inspetor se presente.

6.3 Teste de Verificação de Vazão Zero (Teste de Ze ro)

Para verificar o sistema de medição do tempo de trânsito de cada medidor, o fabricante deverá executar um Teste de Verificação de Vazão Zero. O fabricante documentará e seguirá um procedimento de teste detalhado que inclui no mínimo os seguintes elementos.

• Depois de fixados os flanges cegos ao corpo do medidor, o medidor será purgado de todo o ar e será pressurizado com gás puro ou uma mistura de gás. A seleção do gás de teste será de responsabilidade do fabricante. Entretanto, as propriedades acústicas do gás de teste devem ser bem conhecidas e documentadas.

• Deve-se aguardar a estabilização da pressão e da temperatura antes do início do teste. Serão registradas as velocidades de propagação dos pulsos em cada feixe acústico durante pelo menos 30 segundos. Então serão calculados a velocidade média e o desvio padrão para cada feixe acústico.

• Serão feitos ajustes necessários para que o desempenho do medidor fique em conformidade com as especificações do fabricante e as declaradas neste relatório.

Se os valores medidos da velocidade do som são comparados com valores teóricos, o valor determinado teoricamente deverá ser computado usando uma análise completa do gás de teste, as medidas precisas da pressão e temperatura do gás de teste e a equação do estado empregada na A.G.A. Relatório Número.8, “Método Detalhado de Caracterização”.

Como parte do procedimento de teste, o fabricante documentará o número de série dos transdutores ultra-sônicos e suas respectivas posições no corpo do medidor. O fabricante também documentará todos os parâmetros usados pelo medidor, por exemplo, diferenças eletrônicas de tempo trânsito entre os transdutores, correções incrementais de tempo, e todos as distâncias de, ângulos, diâmetros e outros parâmetros usados no cálculo da velocidade para cada feixe acústico. O fabricante deverá assinalar se as constantes forem específicas para cada par de transdutores.

O fabricante também pode implementar um fator de desvio de vazão zero, em unidades de engenharia positivo ou negativo metros por segundo. Este fator de compensação de vazão zero será aplicado à saída do medidor. É esperado que o uso deste fator melhore a precisão nas baixas velocidades, contudo não afetando significativamente a precisão das velocidades mais altas. Se este fator for aplicável, deverá ser documentado pelo fabricante.

6.4 Calibração com Vazão

Se especificado pelo projetista, o UM deverá ser calibrado com vazão. Se uma calibração com vazão é executada, as vazões nominais de teste recomendadas são as seguintes, no mínimo: qmin, 0,10 qmax, 0,25 qmax, 0,40 qmax, 0,70 qmax, e qmax. O projetista também poderá especificar testes de calibração de vazão adicionais em outras vazões nominais. (Veja o exemplo do Apêndice A, no qual testes adicionais a 0,15 qmax ou 0,20 qmax foram úteis).

As calibrações devem ser executadas a uma pressão de gás, temperatura e densidade perto da pressão, temperatura e densidade médias esperadas nas condições operacionais como especificado pelo projetista. Testes a qualquer outra pressão, temperatura ou densidade específicas podem ser executados, se necessário. O projetista também pode requerer que configurações de tubulação específicas ou condicionador de fluxo específico sejam usados durante calibração, compreendendo que diferenças de configurações a montante podem influenciar o desempenho do medidor.

É reconhecido que pode não ser possível calibrar grandes UMs até a capacidade máxima por causa das limitações das atuais instalações de calibração disponíveis. Em tais casos, o projetista pode especificar uma vazão mais baixa ao invés .de qmax. O fabricante deverá declarar na documentação, quando aplicável, que um qmax reduzido foi usado durante a calibração.

O flange de montante e os diâmetros internos deveram ser compatíveis com o medidor em teste como especificado em Seção 7.2.3.

Todos os testes executados por um laboratório de calibração de vazão deveram ser rastreáveis aos órgãos metrológicos máximos aplicáveis com certificados de calibração, por exemplo, no Brasil, rastreável ao INMETRO. Qualquer propriedade ou constante física ou termodinâmica (por exemplo, massa específica, fator de compressibilidade, velocidade do som, fatores críticos) usados durante a calibração será computada através do A.G.A. Relatório Número. 8, “Equação de Estado do Método de Caracterização Detalhada.”

Estimula-se que o projetista e o operador publiquem resultados de calibração à indústria de gás, inclusive dados de precisão de vazão antes e depois que fatores de calibração sejam aplicados. Isto habilitará os fabricantes a demonstrarem o desempenho dos UM e facilitará pesquisas atualizadas para avaliação da tecnologia. O GRI – Gas Research Institute tem atualmente um programa para compilar os dados de calibração.

6.4.1 Ajuste dos Fatores de calibração

Se um medidor for calibrado, os fatores de calibração devem ser aplicados para eliminar qualquer erro sistemático. Estes são alguns dos métodos de aplicação fatores de calibração:

a) Usando erro médio ponderado pela vazão (FWME) sobre a faixa de medição a ser utilizada (o cálculo de FWME é mostrado em Apêndice UM)

b) Usando um esquema de correção de erro mais sofisticado (por exemplo, algoritmo multi-ponto ou polinomial, uma interpolação linear por partes) sobre a faixa de medição a ser utilizada.

Para calibrações de vazão bidirecionais, um segundo jogo de fatores de calibração pode ser usado para fluxo reverso.

Se um fator de compensação for determinado durante a validação de vazão zero, pode ser revisado baseado nos resultados da calibração de vazão para aperfeiçoar o desempenho de precisão global do medidor. O fabricante documentará tal mudança neste fator e alertará o operador que a saída de vazão zero pode ter algum desvio intencional para melhorar precisão em qmin.

6.4.2 Relatórios de Teste

Os resultados de cada teste requerido na Seção 6, serão documentados em um relatório escrito pelo fabricante destinado ao projetista ou o operador. Para cada medidoro relatório incuirá no mínimo:

a. o nome e endereço do fabricante b. o nome e endereço da instalação de teste c. o modelo e número de série d. o número da versão do firmware dq UPS e. a(s) data(s) do(s) teste(s) f. o(s) nome(s) e título(s) da(s) pessoa(s) que conduziu(ram) o(s) teste(s) g. uma descrição escrita dos procedimentos de cada teste h. as configurações de montante e jusante i. um relatório de diagnóstico dos parâmetros de configuração do software j. todos os dados de teste, inclusive vazões, pressões, temperaturas, composição de gás e a

incerteza de medição da instalação de teste k. uma descrição de qualquer variação ou divergências em relação as condições de teste

exigidas Pelo menos uma cópia do relatório completo será enviada ao projetista ou ao operador e uma

cópia será retida nos arquivos do fabricante. O fabricante deve assegurar que o relatório completo está disponível sempre que solicitado pelo operador, por um período de 10 anos depois de remessa de qualquer medidor.

6.5 Garantia de Qualidade

O fabricante estabelecerá e seguirá um programa de garantia da qualidade escrito para a montagem e teste do medidor e seu sistema eletrônico (por exemplo, ISO 9000, API Specification Q1) As evidências da implantação deste programa derão estar disponíveis para o inspetor.

7 Requisitos de Instalação

Esta seção é dirigida ao projetista para assegurar que o UM será instalado em um ambiente satisfatório e em uma configuração que o permita satisfazer os requisitos de desempenho esperados.

7.1 Considerações Ambientais

7.1.1 Temperatura

O fabricante proverá especificações de temperatura ambientes para o UM. Deverá ser considerada a providência de sombra ou acondicionamento, para reduzir os efeitos da incidência de sol e da variação da temperatura ambiente.

7.1.2 Vibração

O UM não deverá ser instalado onde houver níveis de vibração ou freqüências que poderiam entrar em ressonância com as freqüências naturais das placas da UPS, componentes ou transdutores. O fabricante proverá especificações relacionadas às freqüências naturais dos componentes do UM.

7.1.3 Ruído Elétrico

O projetista e o operador não devem expor o UM ou sua instalação elétrica à influência de qualquer ruído elétrico desnecessário, incluindo corrente alternada, transientes de solenóide ou transmissões de rádio. O fabricante fornecerá as especificações do instrumento relativas às influências de ruídos elétricos.

7.2 Configuração de Tubulação

7.2.1 Direção de fluxo

Para aplicações bidirecionais, deveriam ser considerados ambos os fins do medidor “rio acima.”

7.2.2 Instalações da Tubulação

Várias combinações de conexoes, válvulas e pequenos comprimentos de trecho reto a montante podem produzir distorção do perfil de velocidade na entrada do medidor, o que pode resultar em erros na medição de vazão instantânea . A magnitude do erro dependerá do tipo e severidade de distorção de fluxo produzida pela configuração de montante e a habilidade do medidor em compensar tal distorção. Trabalhos de pesquisa de efeitos de instalação contínuos, assim o projetista deverá consultar o fabricante e ter acesso aos mais recentes resultados de testes que avaliam como a precisão do UM designado no projeto pode ser afetada pela configuração a montante da instalação planejada. Para alcançar o desempenho desejado do medidor, pode ser necessário que o projetista altere a configuração original ou inclua um condicionador de vazão como parte integrante do trecho reto.

Para garantir que um UM, quando instalado no sistema de tubulação do usuário irá ter desempenho dentro dos limites de precisão da medição de vazão especificados, quando no sistema de tubulação do usuário, o que significa que está como mostrado em Seções 5.2, 5.2.1 e 5.2.2, o fabricante fará um dos seguintes conforme requerido pelo projetista/operador:

1. Recomendar configuração da tubulação a montante em comprimento mínimo – um sem um condicionador de vazão e um com um condicionador de vazão – que não irão criar um erro de medição de vazão adicional ao ±0.3% devido à configuração de instalação. Este limite de erro deverá se aplicar para qualquer vazão de gás entre qmin e qmax. A recomendação deverá ser justificada através de dados de teste.

2. Especificar o máximo de perturbação de vazão permissível (por exemplo, os limites do ângulo do redemoinho, perfil de velocidade assimétrico, intensidade de turbulência) ao medidor ou especificar a mínima distância axial do flange montante ou a alguma distância axial escpecífica, a montante do medidor que não criará um erro de medição de vazão adicional maior que ±0,3% devido à configuração de instalação. Este limite de erro deverá se aplicar para qualquer vazão de gás entre qmin e qmax. A

recomendação deverá ser justificada através de dados de teste. Em vez de seguir a recomendação do fabricante em 1 ou 2 acima, o projetista pode escolher

calibrar o UM com vazão ‘in situ’, ou em um laboratório de vazão ou instalação onde possa ser reproduzida a configuração da tubulação em condições idênticas à instalação projetada.

Pesquisas indicaram que perfis de velocidade assimétricos podem persistir por 50 diâmetros de tubo ou mais, a jusante do ponto de origem. Perfis de velocidade com redemoinhos ou vórtices podem persistir por 200 diâmetros de tubulação ou mais. Um condicionador de vazão corretamente instalado a montante de um UM pode contribuir para o encurtamento do comprimento de trecho reto requerido para eliminar os efeitos de uma perturbação de vazão a montante. Um UM pode ser capaz de compensar algum nível de perturbação do perfil de vazão. Pesquisas ainda estão sendo realizadas para quantificar a sensibilidade de diferentes projetos de UM a várias perturbações de perfil de vazão.

7.2.3 Rebaixos Internos

Devem ser evitadas mudanças em diâmetros internos ou saliências localizadas na entrada de UM porque elas criam perturbações locais nos perfis de velocidade. Os diâmetros, flanges, e tubulações adjacentes a montante devem ter a mesma medida com tolerâncias não superiores a ±1% e serem cuidadosamente alinhados para minimizar perturbações de fluxo, especialmente ao flange montante. A solda interna do flange da tubulação montante deve ser usinada.

Nenhuma parte da junta de montante ou extremidade de face do flange deve sobressair na seção vazão por mais que 1% do diâmetro interno. Durante instalação, podem ser usadas três parafusos de flange posicionados à 4, 8 e 12 horas para manter a junta centralizada durante o aperto das porcas.

O poço termal situado como especificado em Seção 7.2.5, está excluído dos limites especificados acima.

7.2.4 Superfície Interna

A superfície interna do UM deve ser mantida limpa de qualquer depósito devido a condensações ou vestígios de óleo misturados com sujeira ou areia que possam afetar a área da seção reta do medidor. O UM depende de uma área de seção transversal definida para converter velocidade média de gás em vazão. Se uma camada de depósitos acumular dentro do UM, a área da seção reta será reduzida, causando um aumento correspondente na velocidade do gás e um erro de medição positivo.

Exemplos: Dado que um UM tem 6,000” de diâmetro interno, uma camada de depósito de apenas 0,008” ao redor da superfície interior causará um erro de +0,53% na medição. Para um medidor de 20,000”, a mesma camada de 0,008” causaria um erro de +0,16%.(Para comparação, 0,008” corresponde a espessura de duas folhas de papel comum.)

7.2.5 Poços Termais

Para fluxo unidirecional, o projetista deverá projetar a instalação do poço termal a jusante do medidor. A distância da face de jusante do flange para o poço termal deverá ser entre 2D e 5D. Para instalações de fluxo bidirecionais, o poço termal deverá ser localizado a pelo menos 3D ou mais da face do flange do UM. “D” está definido como o diâmetro nominal do medidor.

Pesquisas dos efeitos de posicionamento dos poços termométricos estão em curso e o projetista deverá consultar o fabricante para recomendações baseadas nos dados de teste mais atuais. Orientação sobre poço termal com respeito a feixes acústicos também deverá ser recomendada pelo fabricante.

O projetista deve estar atento ao fato de que velocidades de gás altas podem causar vibração de poço termal induzida pelo fluxo. Uma súbita ruptura por fadiga do poço termal pode ser, eventualmente, resultante da vibração.

7.2.6 Interferência de Ruído Acústico

Algumas válvulas de controle redutoras de pressão, projetadas para reduzir ruído audível, podem produzir níveis muito altos de ruído ultra-sônico sob certas condições operacionais. Os ruídos ultra-sônicos destas “silenciosas” válvulas de controle podem interferir na operação de um medidor de ultra-sônico próximo. Pesquisas em interferência de ruído ultra-sônico estão em curso, assim o fabricante deverá ser consultado ao se projetar a instalação de um UM perto de uma válvula de controle redutora de pressão.

7.2.7 Condicionador de Fluxo

O condicionador de fluxo pode ou não ser necessário dependendo do projeto do medidor e da severidade da perturbação do perfil de velocidade que possa existir, proveniente das instalações a montante do medidor. O projetista deverá consultar o fabricante para determinar o benefício, se existir, de instalar algum dos vários tipos de condicionador de fluxo, dependendo da configuração tubulação a montante do medidor.

7.2.8 Orientação do Medidor

O projetista deverá consultar o fabricante para determinar se há um medidor que se adapte melhor a uma determinada configuração de tubulação a montante do medidor quando esta for tipicamente conhecida como causadora de distorção do perfil de fluxo.

7.2.9 Filtragem

A filtragem do gás corrente normalmente não é necessária para a maioria das aplicações de UM. Porém, a acumulação de depósitos de qualquer natureza (poeira, condensados, oleos lubrificantes) devem ser evitados. Veja Seção 7.2.4. A filtragem pode ser necessária se for admitido que quaisquer das condições anteriores existiam.

7.3 Computador de Vazão Associado

O sinal de saída do UM é tipicamente um volume não corrigido (volume real nas condições de linha), ou por unidade de tempo ou acumulado. Portanto, um computador de vazão ou corretor associado deve ser instalado pelo projetista para corrigir o volume instantâneo ou acumulado para a pressão, temperatura e compressibilidade (obter normais metros cúbicos, por exemplo), e prover a retenção de dados necessária para auditoria do sistema. Opcionalmente as funções do computador de vazão podem ser integradas ao UM ou UPS pelo fabricante.

Para aplicações bidirecionais, o UM deverá ser tratado como dois medidores separadamente, cada um com seu trecho reto, em um único computador de vazão ou com dois computadores de vazão separados.

Para outros requisitos aplicáveis a computadores de vazão, o projetista deverá recorrer a norma ABNT NBR14978 – Medição eletrônica de gás – Computadores de vazão. Um UM pode ser considerado um “medidor linear” neste documento.

7.3.1 Cálculos do Computador de Vazão

Os cálculos necessários são semelhantes às equações descritas Relatório A.G.A. nº 7,’Measurement of Gas by Turbine Meters’, resumidos nas expressões seguintes:

( / )( / )( / )b f f b b f b fQ Q P P T T Z Z=

b bV Q dt= ∫

Nas quais: Qb = vazão nas condições de base

Qf = vazão nas condições reais

Pb = pressão de base, tipicamente 101,325 kPa

Pf = pressão estática absoluta de gás nas condições reais

Tb = temperatura de base, tipicamente 288,15 K (15,00 ºC)

Tf = temperatura absoluta de gás a condições reais

Zb = fator de compressibilidade do gás a condições de base, por A.G.A. Relatório Nº 8

Zf = fator de compressibilidade do gás a condições reais, por A.G.A. Relatório Nº. 8

Vb = volume acumulado nas condições de base

∫ = integração no tempo

dt = incrementos de tempo, tipicamente 1 segundo.

A primeira equação converte a vazão instantânea nas condições reais de pressão, temperatura

e compressibilidade para uma vazão a condições de base. A segunda equação representa o processo de integração no qual são acumuladas as vazões instantâneas básicas com o passar do tempo para volumes. Para mais detalhes, ver a A.G.A.; Relatório Nº. 7

7.4 Manutenção

O operador deverá seguir as recomendações do fabricante para manutenção. A manutenção periódica pode ser tão simples quanto monitorar os diversos diagnósticos da UPS, como qualidade do sinal e velocidade de som de cada feixe acústico. Por exemplo, pode ser possível detectar um acúmulo de depósitos nas paredes dos feixes medindo uma redução na intensidade do pulso ultra-sônico recebido.

Sempre que possível, o operador deve verificar que as medições do UM se aproximam zero quando nenhum gás estiver fluindo pelo medidor. Ao executar este teste, o operador deve evitar ou eliminar qualquer função de corte de baixa vazão e estar atento para quaisquer diferenças de temperatura no tubo de vazão que poderão causar correntes de convecção térmica de gás que por sua vez circulará no medidor, as quais o UM poderá medir uma vazão muito baixa.

8 Verificação Periódica em Campo

O fabricante proverá um procedimento escrito de verificação de campo ao operador que permitirá o UM ser testado para assegurar que o medidor está funcionando corretamente. Estes procedimentos podem incluir uma combinação de um teste de verificação de vazão zero, análise da medição de velocidade do som, análise individual de feixe de medição, inspeção interna, verificação dimensional e outros testes mecânicos ou elétricos.

O fabricante deverá prover uma análise da incerteza para demonstrar que estas verificações de desempenho de campo são suficientes para validar as características de desempenho físicas e elétricas especificadas do medidor. O fabricante deverá fazer referência ao método de incerteza usado nesta análise.

Alguns aspectos de desempenho da condição do UM deverão ser avaliados comparando-se a velocidade de som declarada do medidor com a velocidade de som derivada do A.G.A. Relatório Nº. 8, “Detail Characterization Method Equation of State” Uma análise cromatográfica de uma amostra do gás retirada na hora da medição da velocidade do som é necessária para validar a comparação. Uma análise estendida (C6+) pode não ser necessário para misturas de gás naturais típicas.

A decisão de executar calibração periódica por provador ou calibração de vazão fica a cargo do usuário do medidor.

9 Lista de referência

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2. A.G.A. Transmissão Medida Comitê Relatório Nenhum. 7, medida de Gás através de

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3. A.G.A. Transmissão Medida Comitê Relatório Nenhum. 8, Compressibility Factors de

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