Avaliação metrológica da medição de vazão com laser doppler anemométrico
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
ARMANDO ALBERTAZZI GONÇALVES JUNIOR
Jair Nascimento Filho
Jair Nascimento Filho
Resumo
Anemômetros a Laser Doppler (LDA) são sistemas de medição caracterizados por possuírem uma ampla faixa de medição, de velocidade (até 200 m/s), boa exatidão, além de serem não intrusivos. Por isso, vêm sendo cada vez mais utilizados, como padrão primário de velocidade em fluidos, assim como, em sistemas de calibração de medidores de vazão. Dispositivos utilizados como padrões necessitam de rastreabilidade. A única forma de assegurá-la é através da calibração. Portanto, com a calibração do LDA, o usuário ganha em confiabilidade em seus resultados de medição e a rastreabilidade dos medidores por ele calibrados. A calibração desses medidores se faz importante, para o CPH, uma vez que são utilizados em experimentose pesquisas, seja em laboratório ou em campo, onde a velocidade do fluido ou a vazão é, na maioria das vezes, a principal variável de saída, senão a única. Esse trabalho teve dois objetivos principais: o primeiro, o de se projetar e construir um dispositivo capaz de calibrar o LDA, em uma faixa de velocidade de 1 a 5 m/s, com uma incerteza relativa da velocidade de, no máximo, 0,1%, e uma abrangência de 95%. O segundo, o de se utilizar o LDA, calibrado, em conjunto com o método adequado, de velocidade e área, para se efetuarem medições devazão em água, em uma faixa de medição de 11 a 26 l/s. As medições de vazão tiveram, por finalidade, verificar a aplicabilidade do LDA como padrão primário de vazão, bem como, levantar e quantificar as fontes de incertezas. Os resultados obtidos na calibração do LDA revelaram um erro máximo de 4,5%. Quando corrigidos os efeitos sistemáticos do LDA, sua incerteza expandida foi estimada em 2,6% do valor medido. Na medição de vazão, as incertezas relativas variaram entre 11 e 20% do valor medido, demonstrando que o LDA não é adequado para ser utilizado como padrão primário de vazão.
Abstract
Laser Doppler Anemometry is a measurement system which not only contains a wide velocity measurement range (whose speed amounts to 200 m/s) and good accuracy but is also noninvasive. That is why it has increasingly been used as a primary standard for velocity in fluidsmeasurement as well as in flow measurement gauging systems. Devices used as measurement standards need traceability, which can only be assured through calibration. As a result, from LDA calibration the user gets more reliable measurements and results for the gauges,calibrated by LDA. Such calibration is mainly important for CPH, since it is used in researches and experiments both inside or outside laboratory, where fluid velocity or the flow is mostly the main variable, if not the only one. This study has had two prime aims. The former consisted of development, construction and testing a device able to calibrate the LDA,within a velocity range from 1 to 5 m/s, considering a velocity uncertainty of 0,1%, at the most, and a coverage factor of 95%. Applying this calibration device to the LDA a maximum error of 4,5% of the measured velocity was obtained. Once the systematic effects are corrected, the extended measurement uncertainty was estimated to be ±2,6% of the measured value. The second aim took into account the use of the calibrated LDA along with the right velocity and area method in order to carry out water flow measurements within a range of 11 to 26 l/s. The flow measurements were used to check on the applicability of the LDA as aprimary flow standard and raise and quantify its uncertainty sources. In the flow measurement the relative uncertainty varied from 11 through 20%, which means that the LDA itself is unsuitable as a flow primary standard.
Assunto
Medição, Engenharia mecânica
Palavras-chave
Anemômetro laser Doppler, Medição de vazão, Metrologia, Calibração