A precisão do fator de calibração do medidor de vazão

27 de fevereiro de 2017

pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia

No ano passado, mais de 25 trilhões de pés cúbicos de gás natural foram entregues a clientes nos Estados Unidos e, quando mudou de mãos, quase cada pé cúbico foi medido usando medidores de vazão de gás. A precisão desses medidores tem enorme importância comercial, e o NIST tem um programa de pesquisa de longa data para melhorar a calibração do medidor de vazão. O escopo desse programa agora se expandiu literalmente na forma de um banco de testes recém-chegado, conhecido informalmente como Big Blue Ball.

Normalmente, a calibração de medidores de vazão envolve o fluxo de uma corrente de gás através do medidor em teste e, em seguida, para um tanque de coleta durante um intervalo de tempo medido. A precisão do fator de calibração do medidor de vazão depende de uma medição de baixa incerteza da massa coletada no tanque. A quantidade de gás coletado é comumente determinada usando: (1) o volume precisamente conhecido do tanque multiplicado por (2) a mudança na densidade do gás no tanque de coleta antes e depois do processo de enchimento. A determinação da densidade requer a medição da pressão e da temperatura média do gás coletado.

Infelizmente, a temperatura média do gás coletado é difícil de determinar. Quando o gás pressurizado flui para um tanque grande, o fluxo gera uma distribuição de temperatura não uniforme em todo o tanque de coleta. Logo após o fluxo parar, o gás mais quente termina próximo ao topo do tanque e o gás mais frio termina próximo ao fundo. Esta situação dificulta a medição da temperatura média por meios convencionais. Uma leitura imediata de alguns termômetros é inerentemente imprecisa, e os gradientes de temperatura em grandes tanques persistem por horas ou dias.

Para contornar o problema do gradiente de temperatura, o NIST calibra muitos medidores de vazão pequenos, um de cada vez, e então os usa em paralelo para calibrar medidores maiores. Os pequenos medidores são calibrados usando um pequeno tanque de coleta que é termostatado para eliminar rapidamente os gradientes de temperatura. No entanto, as calibrações múltiplas são demoradas e trabalhosas e, portanto, caras.

Dois anos atrás, os cientistas do Laboratório de Medição Física do NIST atacaram esse problema com sucesso, criando e demonstrando o uso de "termometria acústica" para medir com precisão e rapidez a temperatura média. Eles provaram os princípios usando gás argônio puro em um pequeno tanque. Agora, eles estão ampliando a termometria acústica usando um grande vaso esférico de alta pressão como volume de coleta. Como o termo "grande vaso esférico de alta pressão" é um bocado, ele foi carinhosamente renomeado como Big Blue Ball.

"Estamos trabalhando para encontrar uma maneira de calibrar medidores para grandes fluxos em altas pressões, como aqueles usados ​​para medir o fluxo de gás natural dentro de gasodutos interestaduais", disse Michael Moldover, líder do Grupo de Metrologia de Fluidos do NIST, "A Big Blue Ball nos permite aumentar os testes de prova de princípio por um fator de pressão de 20, de 0,35 MPa para 7 MPa (3,5 atmosferas para 70 atm), e por um fator de 6 em volume, de 300 litros para 1800 litros. o volume será aumentado por outro fator de 3, ou mesmo 10."

A bola azul está emprestada ao campus de Gaithersburg, Maryland, do NIST, graças a um Acordo Cooperativo de Pesquisa e Desenvolvimento (CRADA) com a Colorado Engineering Experiment Station, Inc. (CEESI). O CEESI é um laboratório independente que calibra medidores de vazão, inclusive os utilizados em gasodutos.

Em última análise, o grupo de Moldover espera que o CEESI e outros laboratórios de calibração usem sua técnica em seus locais para tanques e medidores muito maiores.

"Duvido que haja outra organização no mundo que possa fazer o que o NIST está fazendo", diz Eric Harman, engenheiro de Gás Natural/Multifase da CEESI. "O benefício para a indústria de gás natural será imenso. É fundamental que grandes medidores de gás natural sejam calibrados com precisão e cada dólar de energia seja contabilizado usando a melhor tecnologia disponível. Moldover e seu grupo estão redefinindo esse padrão para a melhor tecnologia -possível. Isso é uma virada de jogo."