Calibração em Ar vs. Gás Natural: O que os Fatores K dos Medidores Tipo Turbina DN50 e DN80 Mostram

Uma dissertação de mestrado comparou os fatores K de calibração de medidores de gás tipo turbina DN50 e DN80 em seis pontos de vazão operacional por tamanho. O estudo utilizou duas instalações de ar atmosférico e duas configurações de pressão de gás natural em uma terceira instalação. As tabelas publicadas revelam que o ponto de vazão mais baixo merece atenção separada. Os valores de ar para DN80 são mais altos que os valores de gás a 20 m³/h, enquanto os valores de ar para DN50 são mais baixos a 10 m³/h. O recálculo a partir das tabelas impressas também resulta em diferenças maiores na extremidade inferior do que os desvios máximos ar-para-gás citados na narrativa. Este artigo reproduz as tabelas, identifica a base de cálculo e explica como interpretar a comparação.

Um medidor de gás de turbina com saída de pulso precisa de um fator K para converter pulsos em volume operacional. Um laboratório pode calibrar um medidor em ar enquanto a aplicação pretendida utiliza gás natural pressurizado. Um relatório de calibração, portanto, precisa mostrar como o fator se comporta ao longo da faixa de vazão, particularmente no ponto mais baixo destinado ao uso. Um ajuste visualmente próximo em vazões mais altas pode ocultar uma diferença em uma extremidade da faixa, e uma única média não pode mostrar onde essa diferença ocorre.

Quão próximos os fatores K de ar e gás natural concordam nos seis pontos de vazão testados para cada tamanho de medidor, e a direção da diferença permanece a mesma perto da extremidade inferior? A comparação também verifica se as faixas de desvio relatadas na narrativa podem descrever cada entrada impressa na tabela. O escopo é limitado aos espécimes e instalações relatados por Tang (2018).

O Campo de Gás de Chongqing e o Campo de Petróleo e Gás do Centro de Sichuan foram testados ao ar na pressão atmosférica local. As tabelas de resultados rotulam ambas as condições de ar como 0,1 MPa. A filial de Chengdu testou em gás natural a 0,9 e 1,5 MPa. O plano de teste de turbina da tese lista seis leituras por ponto de vazão, com um período de aquisição de 60 s. Também especifica quatro rodadas de estabilidade separadas por pelo menos uma semana. As Tabelas 5-10 e 5-11 comparam resultados selecionados de Chengdu em ambas as pressões com os resultados médios de cada instalação de ar. As instalações de ar e Chengdu utilizaram instalações de referência diferentes, portanto a comparação entre locais altera a instalação, bem como o gás e a pressão.

Kᵢⱼ é o fator para a execução j no ponto i, Nᵢⱼ é o total de pulsos contados, Vᵢⱼ é o volume operacional de referência, e n é o número de leituras repetidas. Kᵢ é o fator médio no ponto i. As tabelas expressam K em m⁻³. Para a verificação editorial abaixo, a diferença sinalizada é (K_ar − K_gás) / K_gás × 100%.

Os ensaios de Chongqing mostraram curvas quase sobrepostas quando a temperatura e a pressão do ar eram semelhantes. A tese observou fatores K mais elevados em ensaios mais quentes com pressão de ar semelhante. Na Tabela 5-10, as quatro séries situam-se relativamente próximas entre si ao longo da maior parte do intervalo testado. A 20 m³/h, ambos os resultados de ar ficam acima de ambos os resultados de gás natural. Por exemplo, a Bacia Central de Sichuan reportou 2323,94 m⁻³ e Chengdu reportou 2285,04 m⁻³ a 0,9 MPa. A 50 m³/h, os dois valores de pressão de Chengdu invertem a sua ordenação relativamente a 20 m³/h. Essa inversão pontual limita o uso de uma única tendência de pressão para explicar a tabela.

Fatores K de calibração do medidor de turbina DN80. Redesenhado em inglês a partir de Tang (2018), Tabela 5-10; compare com a Figura 5-7 original. As linhas retas conectam os pontos reportados.

Nas duas primeiras corridas de Chongqing, as pressões do ar foram semelhantes e as faixas de temperatura foram 16,46–16,56 °C e 16,24–16,47 °C, respectivamente. A tese relata uma curva de fator K mais alta na primeira corrida. Em Chengdu, a corrida com gás natural a 1,5 MPa também apresentou temperatura mais alta do que a corrida a 0,9 MPa, portanto as observações não separam as duas influências. A 20 m³/h, ambos os valores de ar excedem ambos os valores de gás natural. A 10 m³/h, ambos os valores de ar são menores. Chongqing relatou 7704,33 m⁻³ contra 7869,61 m⁻³ de Chengdu a 1,5 MPa. Essa inversão ocorre dentro da faixa testada de um único tamanho nominal de medidor.

Fatores K de calibração do medidor de turbina DN50. Redesenhado em inglês a partir de Tang (2018), Tabela 5-11; compare com a Figura 5-8 original. As linhas retas conectam os pontos reportados.

No caudal mínimo medido, um par ar-gás nomeado dá cerca de +1,70% para DN80 e −2,10% para DN50 usando a leitura de gás natural como denominador. Mesmo quando as duas instalações de ar são primeiro calculadas em média, essas mesmas comparações dão +1,63% e −1,89%, respectivamente. Esses cálculos usam os valores publicados na tabela arredondados para duas casas decimais. Eles mostram a sensibilidade da interpretação ao ponto de caudal e à base de comparação. Um laboratório que analisa uma calibração a ar para uma aplicação de gás natural deve comparar caudais de operação correspondentes, indicar a referência usada para qualquer diferença percentual e manter os resultados de caudal baixo visíveis no relatório. Os dois tamanhos de teste apresentam aqui direções opostas na extremidade inferior, pelo que agrupá-los obscureceria uma característica importante para a verificação. Uma verificação separada dos dados de Chengdu ilustra por que uma comparação de pressão também deve ser feita ponto por ponto. A 70 m³/h para DN80, o fator a 1,5 MPa era 2286,49 m⁻³ e o fator a 0,9 MPa era 2279,21 m⁻³, cerca de 0,32% de diferença em relação à leitura de pressão mais baixa. Para DN50 a 40 m³/h, os valores correspondentes eram 7829,59 e 7777,02 m⁻³, cerca de 0,68% de diferença na mesma base. Em ambos os casos, a percentagem descreve uma diferença entre fatores medidos. Não é uma estimativa de incerteza nem uma tolerância para serviço.

Os resultados apoiam uma revisão específica por ponto de vazão da transferência de calibração para os medidores de turbina DN50 e DN80 testados. A maioria das curvas é relativamente próxima, mas a vazão medida mais baixa produz diferenças claras em direções opostas para os dois tamanhos. Qualquer decisão de transferir um fator K deve usar as informações relevantes de vazão, meio, pressão e instalação da calibração real. Esses resultados descrevem as amostras relatadas e as condições de teste.

Uma comparação de acompanhamento poderia repetir as medições próximas à vazão mínima de serviço de cada medidor e registrar pressão, temperatura e incerteza junto com os dados de pulso. Igualar pressão e temperatura alterando apenas o gás de teste, onde o sistema de referência permitir, ajudaria a separar um efeito do meio dos efeitos da instalação e da condição operacional. Testar medidores adicionais mostraria se as direções observadas na faixa baixa se repetem além desses exemplares.

A narrativa da tese apresenta desvios máximos ar-gás de 0,19% e 0,16% para DN80, e 0,49% e 0,43% para DN50, nas comparações de 0,9 e 1,5 MPa, respectivamente. Apresenta 0,32% e 0,67% para as duas pressões de gás natural para DN80 e DN50, respectivamente. A seção selecionada não especifica uma exclusão ou denominador que reconcilie seus máximos ar-gás com as entradas de menor vazão. Este artigo mantém as figuras do autor conforme relatadas e apresenta os cálculos independentes da tabela separadamente.

Tang Yixin (2018). Estudo comparativo de testes de medidores de vazão de gás com ar e gás natural [título traduzido]. Dissertação de mestrado em engenharia, Universidade de Petróleo do Sudoeste. §5.3.1, pp. 69–70 (páginas 77–78 do PDF), Tabelas 5-10 e 5-11 e Figuras originais 5-7 e 5-8. Plano de teste: Tabela 5-1, p. 60. Equações: §3.3, p. 18. Os gráficos em inglês usam os valores tabulados e são redesenhados de forma independente.

Capa: Betty Carrell, fotografia de arquivo do Departamento de Energia dos EUA. Obra de domínio público do governo dos EUA conforme o registro do arquivo. Corte editorial e sobreposição de título. Registro fotográfico