[pt] Medidores ultra-sônicos de vazão de líquidos têm sido utilizados cada vez mais em medições fiscais devido à sua baixa incerteza de medição. Esse medidor utiliza a metodologia do tempo de trânsito, o relacionamento entre a velocidade medida e a vazão do escoamento se dá através da garantia de um perfil conhecido de escoamento, normalmente o perfil denominado de completamente desenvolvido. Como na prática existem distorções deste perfil, o uso de vários feixes acústicos pode compensar as discrepâncias, fazendo com que a medição de vazão tenha uma incerteza mais baixa. O Regulamento Nacional, apresentado pela ANP junto com o INMETRO, estipula que os medidores fiscais de vazão de líquidos devem ser calibrados pelo menos a cada 60 dias, a menos que o histórico de medição com os mesmos demonstre que outro intervalo entre calibrações é factível. Recentemente, foi proposto para o medidor ultra- sônico de 5 canais, um intervalo maior (4 anos), associado à garantia de desempenho do medidor e da manutenção do perfil do escoamento entre calibrações. Desse modo, o objetivo desse trabalho é a comprovação experimental de que o diagnóstico de medição e de manutenção do perfil de escoamento é uma ferramenta importante para a garantia de que a vazão de líquido está sendo medida corretamente e dentro dos critérios de medição fiscal estipulados pela legislação em vigor. Para tal, um sistema de aquisição de dados foi acoplado ao medidor ultrasônico de 05 canais, sendo então o medidor calibrado em dois laboratórios acreditados pelo INMETRO e pertencentes à Rede Brasileira de Calibração, respectivamente com água e óleo mineral registrando estes valores de referência, utilizados também para uma comparação entre as características metrológicas dos dois laboratórios. A seguir, o medidor foi instalado numa plataforma, demonstrando que as características metrológicas eram preservadas após sua instalação. Finalmente, um dia de produção da plataforma de origem do medidor foi monitorado, obtendo-se informações sobre a confiabilidade das medições e de sua incerteza. / [en] Ultrasonic flowmeters of liquids have been used each more time in fiscal measurements due to it low uncertainty of measure. That meter uses the methodology of transit time, the relationship between the measured speed and the flow was made through the warranty of flow profile, usually denominated profile of completely developed. As in practice distortions of this profile exist, the use of several acoustic bunches can compensate the discrepancies, doing with that the flow measurement has a lower uncertainty. The Oficial Document of ANP/INMETRO determinated that the fiscal flowmeters of liquids should be calibrated at least every 60 days, unless the measurement report demonstrate that other interval among calibrations is feasible. Recently, a larger interval was proposed for the ultrasonic flowmeter of 5 channels (4 years), associate to the warranty of acting of the meter and of the maintenance of the flow profile among calibrations. The aim of this work is the proof experimental that the measurement diagnosis and maintenance of flow profile is an important tool for the warranty that the liquid flow is being measured correctly and inside of the requirements of fiscal measurement determinated by the actual legislation. This way, a system of acquisition of data was coupled to the ultrasonic flowmeter of 5 channels, then the meter calibrated in two laboratories certified by INMETRO and belong Brazilian Calibration Network, respectively with water and mineral oil registering these reference values, also used for a comparison among the metrological characteristics of the two laboratories. After, the meter was install in a platform, demonstrating that the metrological characteristics was maintains after it installation. Finally, a day of production of the platform was monitored, being obtained information about the reliability of the measurements and of it uncertainty.

[pt] O presente trabalho avalia a influência da instalação em medidores de vazão ultrassônicos, utilizando simulação numérica. Foram apresentadas características dos medidores ultrassônicos e questões sobre a configuração da modelagem do escoamento que podem influenciar nos resultados numéricos. Foram descritos os procedimentos utilizados para traçar as linhas e para calcular a velocidade média no medidor e o erro de medição. Foi mostrado o efeito de uma curva, duas curvas no mesmo plano e duas curvas em planos perpendiculares, em medidores ultrassônicos de 1, 2, 3, 4, 5 e 8 canais, com diferentes arranjos. Também foi analisado o efeito de um degrau no resultado do medidor ultrassônico por meio de simulação de medidores 1 a 5 canais e por calibração de medidores de 3 canais. Foram utilizados fatores, calculados pela razão entre a velocidade indicada pelo medidor em um dado local e a velocidade que seria indicada pelo mesmo medidor em escoamento completamente desenvolvido. Logo após uma curva, os fatores para medidores de 1 canal variaram de 0,40 a 1,28; para medidores de 3 canais, de 0,5 a 1,42; e para medidores de 4 e 5 canais, as diferenças chegaram a ultrapassar 10%. A 20D após uma curva, medidores de 2 e 3 canais indicaram fatores de 0,9 a 1,08 e medidores de 4 e 5 canais, fatores de 0,99 a 1,04. Os parâmetros de diagnóstico analisados não se mostraram eficazes e sua utilização não é recomendada. Pela simulação, um degrau convergente de -4% gera diferenças na ordem de 0,3% para medidores de 3 canais e, para degrau divergente de 4%, as diferenças ultrapassam 0,5%. A diferença entre os resultados das calibrações com e sem degrau ficou entre 0,18% a 0,3%. A simulação numérica é uma ferramenta útil na análise dos medidores ultrassônicos e mostrou a sensibilidade desses medidores a variações no perfil de velocidades. / [en] The present work evaluates the influence of the installation in ultrasonic flow meters, using numerical simulation. Ultrasonic meter characteristics and issues about the flow modeling configuration that may influence the numerical results were presented. Procedures used to draw the lines and to calculate the meter mean velocity and the measurement error were described. The effect of one curve, two curves at the same plane and two curves at perpendicular planes at 1, 2, 3, 4, 5 and 8-path meters with different arrangements were shown. Also, the effect of one step at the results of ultrasonic meters was analyzed by the simulation of 1 to 5-paths meters and by the calibration of a 3 path meters. Factors calculated by the ratio between the velocity indicated by the meter in a certain position and the velocity that would be indicated by the meter in a fully developed flow. Just after one curve, the factors for 1-path meters varied from 0.40 to 1.28; for 3-path meters, from 0.5 to 1.42; and for 4 and 5-path meters, the differences were higher than 10%. At 20D downstream of one curve, 2 and 3-path meters indicated factors equal to 0.9 and 1.08; and 4 and 5-path meters, factors equal to 0.99 to 1.04. The diagnostic parameters analyzed were not efficient and their use is not recommended. By the simulation, a convergent step of -4% generates differences about 0.3% for 3-path meters and for a divergent step -f 4%, the differences are higher than 0.5%. The differences between the calibration results with and without steps were from 0.18% to 0.3%. The numerical simulation is a useful tool in the ultrasonic meter analyses and showed the sensitivity of these meters to velocity profile variations.

[pt] O objetivo desta dissertação é analisar metrologicamente a aplicação de acelerômetros piezoelétricos à medição de vazão na indústria petrolífera. A motivação deste trabalho é analisar uma técnica de medição de vazão, recentemente desenvolvida, baseada na vibração captada por um acelerômetro ligado à superfície do duto. A metodologia do presente trabalho consistiu em realizar um estudo experimental para obtenção de dados em um laboratório acreditado de calibração de medidores de vazão, estimando-se uma vazão para cada vibração medida, acompanhada por uma análise de incertezas. Os resultados obtidos não estão conformes aos limites aceitáveis do ponto de vista da regulamentação para aplicação em medição de vazão na indústria petrolífera, no que se refere à medição fiscal e à medição para apropriação, segundo o Regulamento Técnico de Medição de Petróleo e Gás Natural (RTM). Contudo, a aplicação de acelerômetros ainda mostra-se oportuna à medição de vazão na indústria petrolífera, apesar da incerteza encontrada não adequar-se à regulamentação vigente para o setor, pois pode ser adotada para fins de medição operacional, na medição de água, sem interferir na instalação, de modo não invasivo e não intrusivo. / [en] The objective of this dissertation is to analyze metrologically the application of piezoelectric accelerometers in the measurement of flow rate in the oil industry. The motivation of this work is to analyze a technique of flow measurement, recently developed, based on the vibration captured by an accelerometer attached to the pipe surface. The methodology of this study consists of performing an experimental study to obtain data in an accredited laboratory for calibration of flowmeters, estimating a flow rate for each vibration measured accompanied by an uncertainty analysis. The results do not conform to acceptable limits from the viewpoint of the regulation for application in flow measurement in the oil industry, in that refers to the fiscal metering and to the measurement for appropriation, in accordance with the Technical Rules of Measurement of Petroleum and Natural Gas (RTM). However, the use of accelerometers still can be useful to measure flow rates in the oil industry, despite the uncertainty being not suitable for the current regulation of the sector, because it can be adopted in the operational measurement of water flow, without interfering in the installation, so being non-invasive and non-intrusive.

[pt] A fim de garantir a segurança das instalações marítimas de produção de óleo e gás natural, parte do gás produzido é continuamente queimada, em função de condições específicas. Tais condições incluem paradas de emergência ou o alívio de inventário de gás devido a flutuações operacionais. A queima nestes ambientes acontece a uma grande faixa de vazões de gás, o que resulta em reduzido número de alternativas tecnológicas para sua medição. A medição de vazão a partir da tecnologia ultrasônica por tempo de trânsito vem sendo largamente utilizada, porém com incertezas relativamente elevadas, dadas as limitações da solução tecnológica. Devido a tais limitações, diversos órgãos reguladores da área de óleo e gás ao redor do mundo admitem diferentes percentuais para estimativa de incerteza da queima. No Brasil, a regulamentação estabelece um percentual máximo de 5 porcento para a queima de gás, não sendo porém específica quanto a que grandeza refere-se (vazão volumétrica ou volume). Esta dissertação traz um estudo sobre a incerteza de volumes horários, diários e mensais de gás produzidos por uma unidade de produção marítima por dezesseis meses, avaliando o impacto da incerteza na medição de vazão de queima sobre a incerteza dos volumes apurados. Foi avaliado o impacto de aspectos da medição ultrasônica de vazão de gás e da computação de volumes de produção a partir desta nos volumes apurados. Conclui-se que a medição de vazão e sua respectiva incerteza afetam de modo pouco significativo a incerteza dos volumes computados de queima. / [en] In order to assure safety at maritime oil & gas production facilities, part of the produced gas is continually burned (flared), depending upon specific operating conditions. These conditions include emergency shutdown and gas inventory relief due to process fluctuations. In such environments, gas flaring occurs at very large flow rate range, reducing the number of available technological choices for flow rate measurement. Transit-time ultrasonic flow measurement has been commonly used for this task, although with relatively high uncertainties due to technology limitations. Because of that, various oil & gas regulator authorities around the world impose different rules for flare measurement uncertainty. In Brazil, the regulation establishes a maximum percentage of 5 percent for flare measurement uncertainty, but it is not specific about the target (flow rate or volume). This dissertation presents a study on the effects of flow rate uncertainty on hourly, daily and monthly produced volume uncertainty in the maritime environment for a 16-month period, evaluating the impact of flare flow rate measurement on volume uncertainty. Aspects of gas transit-time ultrasonic flow rate measurement and volume computation over resulting volumes are evaluated. The conclusion is that flow rate measurement and its associated uncertainty have little effect on computed volume uncertainties.

[pt] As propriedades mecânicas, reológicas e elétricas do polímero poli (fluoreto de vinilideno) – PVDF – têm sido extensivamente estudadas, mas em particular é sua propriedade piezoelétrica que motiva a maior parte dos trabalhos, visto que a piezoeletricidade ocorre em poucos materiais e é mais intensa no PVDF em relação a outros polímeros. O fator chave que define a faixa de aplicação de polímeros piezoelétricos é a sua utilização na concepção de transdutores, sensores e atuadores. Neste sentido, a presente pesquisa analisa a aplicabilidade do polímero PVDF em tubulações para medição de vazão de água, empregando como método de medição de vazão a técnica de Flow Induced Vibration (FIV), considerando as propriedades piezoelétricas peculiares do polimorfo PVDF-B(beta). De modo geral, a FIV é um fenômeno que causa instabilidade das tubulações que transportam fluidos, tido como um problema operacional que ocorre em muitas plantas industriais. No entanto, este fenômeno passou a ser investigado como uma técnica de medição de vazão, a qual considera que a massa de um fluido pode ser indiretamente medida, medindo-se a aceleração que ela transmite para outro corpo, de modo que o desvio padrão do sinal da vibração medida aumenta com a vazão, sendo mais bem ajustado por um polinômio de segundo grau. A metodologia de trabalho consistiu em caracterizar o material espectroscopicamente, por meio de técnicas de Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e Difração de Raios-X (DRX); eletromecanicamente, em um shaker mecânico no Laboratório de Sensores a Fibras Ópticas do Departamento de Engenharia Mecânica da PUC-Rio; e finalmente em um circuito hidráulico de testes do Laboratório de Escoamento de Fluidos do Departamento de Engenharia Mecânica da PUC-Rio. Ensaios foram realizados de forma a identificar os níveis de tensões elétricas geradas pela vibração oriunda da passagem da água no tubo de PVDF. Visando à comparação com os sinais de vibração, foram realizadas medições simultâneas com acelerômetros e um filme de PVDF. Para medir a deformação no tubo adotaram-se sensores de Rede de Bragg. Os resultados dos ensaios de FIV permitiram concluir que o desvio padrão do sinal da tensão medida pelo tubo de PVDF é proporcional à vazão. No entanto, algumas variáveis precisaram ser controladas. As incertezas associadas à medição de vazão pelo tubo mostraram uma considerável redução nos níveis mais altos de vazão. Por outro lado, nos níveis mais baixos de vazão observou-se uma instabilidade muito grande, possivelmente devido ao processo de acomodação mecânica inicial do tubo. Apesar disso, uma forte relação entre o sinal gerado pelo tubo de PVDF e a vazão que induziu esta vibração permitiu que a aplicabilidade do tubo de PVDF como medidor de vazão de água fosse comprovada. / [en] The mechanical, rheological and electrical properties of polymer poly (vinylidene fluoride) - PVDF - have been extensively studied, but in particular it is its piezoelectric property that motivates most of the works, since the piezoelectricity occurs in few materials and is more intense in PVDF relative to other polymers. The key factor that defines the range of applications of piezoelectric polymers is their use in the conception of transducers, sensors and actuators. In this sense, the present research analyzes the applicability of the PVDF polymer in pipes for the measurement of water flow rate, using as flow measurement method the Flow Induced Vibration (FIV) technique, considering the peculiar piezoelectric properties of the polymorph PVDF-B(beta). In general, the FIV is a phenomenon that causes instability of the pipes that transport fluids, considered as an operational problem that occurs in many industrial plants. However, this phenomenon has been investigated as a flow rate measurement technique, which considers that the mass of a fluid can be indirectly measured by measuring the acceleration it transmits to another body, so that the standard deviation of the signal of the measured vibration increases with the flow rate, being better adjusted by a second degree polynomial. The work methodology consisted in characterizing the material spectroscopically, using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and X-Ray Diffraction (XRD) techniques; electromechanically, in a mechanical shaker at the Optical Fiber Sensors Laboratory of the Mechanical Engineering Department of PUC-Rio; and finally in a test hydraulic circuit of the Laboratory of Fluid Flow of the Department of Mechanical Engineering of PUC-Rio. Tests were carried out in order to identify the levels of electrical voltages generated by the vibration caused by the passage of water in the PVDF tube. In order to compare the vibration signals, simultaneous measurements were made with accelerometers and a PVDF film. To measure the deformation in the tube, Bragg Network sensors were adopted. The results of the FIV tests allowed concluding that the standard deviation of the voltage signal measured by the PVDF tube is proportional to the flow rate. However, some variables had to be controlled. The uncertainties associated with flow rate measurement by tube showed a considerable reduction in the higher flow rates. On the other hand, in the lower levels of flow rate a very great instability was observed, possibly due to the process of initial mechanical accommodation of the tube. Nevertheless, a strong relationship between the signal generated by the PVDF tube and the flow rate that induced this vibration allowed that the applicability of the PVDF tube as a water flow meter was proved.

[pt] A presente dissertação de mestrado faz uma análise metrológica focada na medição da vazão e totalização do volume de gás natural através de placa de orifício. O trabalho considera no cômputo da vazão a determinação das propriedades físico-químicas do combustível e a utilização desses parâmetros na medição de volume de gás natural. O trabalho também considera aspectos relativos à aquisição eletrônica de outras variáveis como pressão, temperatura e pressão diferencial, comumente amostradas em uma estação de medição de vazão de gás natural por placa de orifício. Não obstante, o estudo reflete uma permanente preocupação da Petrobras em garantir a confiabilidade de suas medições e encontra sua motivação em mostrar que metrologia constitui-se, de fato, em importante insumo para avaliação de impacto técnico e econômico. O estudo considera três alternativas para aplicação da composição química do gás natural no cálculo da vazão de gás natural em cada um dos pontos de transferência de custódia da malha de gasodutos da Petrobras. Cada uma das soluções técnicas está associada a investimentos em instalação, operação e manutenção de complexos equipamentos, criando inusitadas oportunidades para análise da confiabilidade metrológica capazes de produzir impacto econômico, cabendo aqui lembrar que incertezas e erros associados ao processo de medição não necessariamente são reduzidos com o aumento dos investimentos em tecnologia e instrumentação. O estudo dessas questões torna-se ainda mais atraente quando se considera que a malha de gasodutos da Petrobras distribuem cerca de 35 dos 45 milhões de m3 de gás natural consumidos diariamente no Brasil. Cabe ainda salientar a relevância deste estudo no âmbito das melhorias estruturais propostas, uma vez que a presente dissertação mostra que é possível garantir controle metrológico a um custo justificado, agregando benefícios que não se limitam à malha de gasodutos existente. / [en] This study presents a metrological analysis focused on the natural gas flow and volume measurement by orifice plate measurement systems. It takes into account the determination of chemical and physical properties and the application of these parameters in the flow and volume measurement. The study also considers aspects related to the electronic sampling of other process information such as pressure, temperature and differential pressure. Nevertheless, it demonstrates that metrology is, in fact, an important input of economical and technical analysis and shows a permanent concern of Petrobras: to guarantee measurement reliability. The dissertation presents three alternatives to the application of the natural gas composition in the computation of flow and volume measurement. When measuring natural gas flow and volume at the custody transfer points, the invoicing process begins to take place. Therefore, each one of the alternatives is associated to benefits, such as reduction of uncertainty, and costs and investments in equipments. It`s worthy to mention that it creates interesting opportunities to develop metrological analysis capable of generate economical impact. This study is even more attractive when referring to a 50 million cubic meters scenario, the Brazilian daily natural gas volume consumption. The relevance of this study is to show that is possible guarantee metrological control to a justified cost.

[pt] Esta dissertação de mestrado teve por objetivo avaliar a influência da composição do gás natural na medição de vazão pela técnica de ultrassom em sistemas de alívio de pressão tipo tocha. A inclusão da composição do gás na correção da medição da vazão do gás em sistemas de tocha constitui uma exigência legal imposta pelo regulador brasileiro do setor de petróleo, gás natural e biocombustíveis. A histórica dificuldade técnica associada à coleta de amostras de gás em sistemas de tocha e os constantes questionamentos sobre a representatividade das amostras coletadas são as principais motivações para a realização deste estudo. A metodologia utilizada fundamentou-se em pesquisa bibliográfica, documental e de campo. Por meio de pesquisa bibliográfica, documental e normativa realizou-se o embasamento técnico e teórico do estudo. A pesquisa de campo teve por finalidade coletar informações de estações de medição de gás em sistemas de tocha de uma unidade marítima de produção de petróleo e gás. A partir do tratamento das informações coletadas, os resultados da pesquisa permitiram quantificar que o erro máximo na medição de vazão de gás por ultrassom devido ao desconhecimento de sua real composição é 0,04 porcento. Dentre as conclusões, (i) as amostras de gás coletadas em sistemas de tocha não representam de forma adequada o volume de gás medido e (ii) o erro máximo estimado associado à totalização do volume de gás mostrou-se desprezível quando comparado ao volume total de gás documentado nos históricos de medição e aos erros aleatórios aceitáveis para o tipo de estação de medição considerado. / [en] The objective of this dissertation is to evaluate the influence of the composition of the natural gas on the flow rate measurements in pressure relief flare systems. The consideration of the gas composition in the correction of the gas flow rate measurements in the flare system is a legal requirement imposed by the Brazilian regulating agency for oil, natural gas and biofuels. The historical technical difficulties associated with collecting gas samples from flare systems and the constant questions about the representativeness of the collected samples are the main motivations for this study. The methodology used was based on literature, documental and field research. Through literature, documental and normative research was conducted at the technical and theoretical foundation of the study. The field research aimed at collecting information of measurement systems of gas flare in a maritime unit of oil and gas production. From the treatment of collected information, the research results allowed to quantify that the maximum error in the measurement of gas flow rate by ultrasonic meters due to the lack of knowledge of its actual composition is 0.04 percent. Among the conclusions, (i) the collected gas samples in flare systems do not adequately represent the volume of measured gas and (ii) the estimated maximum error associated with the totalization of the gas volume was found to be negligible compared to the documented total volume gas on historical measurements and to acceptable random errors for the type of the considered measurement system.

[pt] No presente trabalho, de interesse da indústria de petróleo, é desenvolvida uma metodologia para avaliação metrológica e determinação da periodicidade de calibração em sistemas de medição de vazão de gás natural com placas de orifício, usando históricos de dados bimestrais de medidores instalados em pontos fiscais da bacia de Campos. O estudo analisa dados de calibração de medidores de temperatura, pressão e pressão diferencial de um transmissor eletrônico de vazão multivariável, contribuindo para o entendimento do impacto das incertezas destas variáveis na incerteza total do sistema de medição como um todo. Como resultados das avaliações metrológicas, foram determinados intervalos entre calibrações sucessivas, de modo que as exigências de incerteza de medição da portaria conjunta no 1 ANP/INMETRO de 19/6/2000 possam ainda ser atendidas nos pontos de medição fiscal e de apropriação . Inicialmente, foi mostrado que os valores de incertezas calculadas de vazão pela norma ISO 5167-2 (2003) atendem os requisitos da portaria. Finalmente, foi mostrado que o intervalo entre calibrações sucessivas dos medidores poderia ser aumentado do valor atualmente requerido pela portaria (2 meses) para pelo menos 6 meses para pressão diferencial e pressão, e 14 meses para temperatura. Este resultado tem um impacto econômico e operacional nas empresas de gás natural. / [en] In the present work, of interest of the oil industry, a methodology was developed for metrological evaluating and determination the frequency of calibration of natural gas flow rate measurement systems with orifice plates, using calibration data obtained every two months from measurement instruments installed in fiscal points of the Campos Basin. The study evaluates the calibration data of temperature, pressure and differential pressure measurement from a multivariable transmitter, contributing to a better understanding of the influence of those variables in the uncertainty of flow rate as a result of the methodological evaluating, the intervals between two successive calibrations was determined, so that the requirements of the Portaria Conjunta n° 1 ANP/INMETRO, 19/06/2000, could be met in the fiscal and allocation points. First of all, it was shown that the flow rate uncertainty values, as calculated by ISO 5167-2 standard was fully covered by the requirements. Finally, it was shown the interval between successive calibrations could be increased of the value nowadays required by portaria (2 months) to 6 months for pressure and differential pressure, and to 14 months for temperature. This results has an economic and operational impact in the natural gas industry.

[pt] Objetivo da presente dissertação de mestrado é contribuir para a estruturação da cadeia metrológica de vazão de gás natural em alta pressão no Brasil, tomando como base experiências bem sucedidas de laboratórios nacionais de metrologia de vazão de países industrializados. O estudo fundamenta-se na padronização primária e na harmonização de valores padrões de referência para a medição de vazão. A falta de infra-estrutura metrológica para padronização primária de medição de vazão volumétrica de gás natural no Brasil constituiu-se na motivação da Petrobras para eliminar essa importante vulnerabilidade e, dessa forma, contribuir para o estabelecimento do controle metrológico no setor. A escolha do projeto de pesquisa também foi motivada pelo interesse pessoal do autor em contribuir para o tema tendo em vista sua trajetória profissional na Petrobras. A exemplo da experiência de outros países produtores de petróleo e gás natural, o trabalho se desenvolveu no contexto da regulação do setor, que criou oportunidades de investimentos e impôs desafios à metrologia brasileira. Demandas por medição fiscal de apoio a contratos de transferência de custódia exigiram a introdução de uma legislação específica e o desenvolvimento de procedimentos de avaliação da conformidade do gás natural, promissor insumo na matriz energética brasileira. O trabalho desenvolveu-se de acordo com a seguinte metodologia: (i) revisão das melhores práticas laboratoriais e dos modelos de padronização em uso por conceituados Institutos Nacionais de Metrologia de países produtores de petróleo e gás e (ii) na interpretação dos procedimentos de harmonização dos valores de referência utilizados pelos institutos nacionais de metrologia estudados. Dentre os resultados do estudo destaca-se a caracterização das cadeias de rastreabilidade para medição de vazão de gás natural em alta pressão em uso por institutos nacionais de metrologia que acordaram harmonizar seus valores de referência (PTB/Alemanha, LNE/França, NMi/Holanda). Disponibiliza-se, assim, um acervo de informações relevantes que poderá subsidiar a estruturação de um sistema de padronização primária no País. Como conclusão, o trabalho propõe a implementação de um modelo de poadronização primária para medição de vazão volumétrica de gás natural no Brasil. / [en] The objective of this Master dissertation in metrology is to contribute for structuring the Brazilian traceability chain for flow measurement of natural gas at high pressure, based on successful experiences of national metrology laboratories of highly industrialized countries. The study takes into account the primary standardization and harmonization of reference measurement standards. The lack of an adequate infrastructure for primary standardization of volumetric flow measurement of natural gas in Brazil was a motivation motivation for Petrobras to invest substantially to overcome this important vulnerability, thus contributing to the establishment of the metrological control in the gas sector. The choice of the research project was also motivated by the author`s personal interest to contribute to the advance knowledge in an area that he has been working for many years at Petrobras. Following the experience of other oil and gas producing countries, this project was developed in the context of the regulation for the sector creating opportunities for investment on quality infrastructure, imposing challenges for the Brazilian metrology. The need to implement a measuring fiscal scheme to support contracts for custody transfer required a specific legislation and the development of procedures for conformity assessment of natural gas. The work was developed in accordance with the following methodology: (i) review of best practices and models of laboratory standardization in use by authoritative national institutes of metrology of oil and gas producing countries and (ii) interpretation of procedures for harmonization of reference values used by the National Metrology Institutes studied. The main results obtained is the characterization of the traceability chain associated with natural gas for measurement at high pressure in use by European national metrology institutes (PTB/Germany, LNE/France, NMi/Netherlands) which have agreed to harmonize their reference values. Strategic information is then made available that could subsidize the structuring of a system of primary standardization of flow measurement in Brazil. In conclusion, this work has suggested a metrological scheme for implementing a sound gas flow measurement metrology primary standardization.

[pt] Anualmente, mais de 100 bilhões de metros cúbicos de gás são queimados mundialmente em flares nas instalações de petróleo e gás natural. Esse número era ainda maior a alguns anos atrás. No passado, o holofote estava sobre o petróleo e o gás natural era visto como uma fonte de energia não rentável. A preocupação mundial com o aquecimento global impulsionou as ações para redução das emissões de gases causadores do efeito estufa. A crescente mobilização dos órgãos reguladores de diversos países para imposição de restrições de queima e ventilação do gás natural vem contribuindo para a melhoria dos índices de aproveitamento do gás associado. Muito embora já tenha havido um avanço relevante, o montante de gás desperdiçado ainda precisa ser reduzido. Neste contexto, a necessidade de se quantificar corretamente os volumes desperdiçados de gás fica evidente. As ações para redução da queima ou ventilação de gás natural se baseiam fortemente em medições precisas. O reflexo disto são as constantes publicações de diretrizes regulatórias voltadas para as medições de vazão de gás dos sistemas de alívio/tocha. Apesar da medição de gás de flare não ser uma técnica nova, ela ainda é considerada desafiadora e bem diferente das demais aplicações de medição de vazão. A natureza imprevisível da queima de gás natural, associada a instalações inadequadas, torna a medição extremamente difícil e complexa. O presente trabalho traz uma visão geral da queima de gás natural, da regulação do tema no Brasil e no mundo e das características e desafios da medição de gás de flare. Adicionalmente, foram feitos estudos de incerteza sobre os volumes diários medidos nos pontos fiscais de gás de uma instalação típica, de forma a analisar a influência da incerteza da medição do gás de tocha sobre a incerteza da produção mensal de gás natural, que é a base de cálculo para as devidas participações governamentais. Também foram calculadas as diferenças obtidas entre a medição indireta (balanço volumétrico de gás) e a medição direta (medição ultrassônica) da queima de gás natural e as incertezas relacionadas à medição indireta. / [en] Annually, more than 100 billion cubic meters of gas are flared from upstream oil and gas facilities. This number was even higher a few years ago. In the past, the spotlight was on oil and natural gas was seen as a non-profitable source of energy. The worldwide concern over global warming spurred actions to reduce emissions of greenhouses effect gases, contributing to change the scenario above. The increased mobilization of regulators from many countries enforcing gas flaring and venting restrictions has contributed to the improvement of gas use. However, although some progress has been already achieved, the amount of wasted gas still needs to be reduced. In this context, the need to correctly quantify the volumes of gas flared is evident. Actions to reduce the flaring or venting of natural gas rely heavily on accurate measurements. This reflects on the rigorous flare measurement guidelines introduced by many countries to support flaring legislation. Although the flare gas measurement is not a new technique, it is still considered a challenging task and quite unique compared to other flow measurement applications. The unpredictable nature of the flaring, many times happening at inadequate facility, makes measuring it extremely difficult and complex. This work provides an overview of gas flaring, regulatory requirements in Brazil and worldwide and the characteristics and challenges of flare gas measurement. In addition, uncertainty studies were made over the daily volumes measured in the fiscal points of a typical installation, in order to analyze the influence of the uncertainty of flared gas measurement on the uncertainty of monthly gas production, which is the basis for calculating the government takes. The differences obtained between the gas flaring indirect measurement (bydifference method) and direct measurement (ultrasonic measurement) were also calculated, as well as the uncertainties related to the indirect measurement.