[pt] A dissertação tem por objetivo propor e validar um sistema gravimétrico para a calibração de medidores de vazão de líquidos. A motivação pela escolha do tema resultou da necessidade identificada junto ao setor de petróleo e gás para assegurar que as medições de vazão demandadas pelo setor sejam rastreáveis a padrões nacionais e satisfaçam as exigências contratuais e regulatórias aplicáveis. A metodologia utilizada permitiu avaliar a confiabilidade metrológica dos instrumentos não-automáticos de pesagem (em conexão ao sistema gravimétrico) e intercomparar, metrologicamente, diferentes alternativas de medição do volume dos reservatórios integrados ao sistema gravimétrico. Os resultados da pesquisa permitiram (i) estimar a confiabilidade metrológica dos instrumentos não-automáticos de pesagem em 0,04 kg para a balança Alfa modelo 3107 e 0,14 g para a balança OHAUS modelo Explorer Pro; e (ii) definir uma faixa de incerteza de 0,02 por cento a 0,05 por cento associada à calibração do sistema gravimétrico, dependendo do volume de fluido de trabalho transferido no processo de calibração. Como conclusão, o sistema gravimétrico para calibração de medidores de vazão de líquidos foi considerado validado à luz das incertezas reportadas, assim contribuindo para o avanço do conhecimento na área da metrologia de vazão. / [en] The objective of this MSc. dissertation is to propose and to validate a gravimetric system for the calibration of flow meters for liquids. The motivation for the choice of this theme resulted from the need identified by the oil and gas sector to ensure that measurements of flow rate demanded by the sector can be traceable to national standards and attend the contractual and regulatory requirements. The methodology used allowed to evaluate the metrological reliability of non-automatic weighing instruments (in connection with the gravimetric system) and compare, metrologically, different options for measurement of volume of reservoirs in connection with the gravimetric system. The research results allowed (i) to estimate the metrological reliability of non-automatic weighing instruments in 0,04 kg for the balance Alfa model 3107 and 0,14 g for the balance OHAUS model Explorer Pro; and (ii) to define an uncertainty range of 0.02 percent to 0.05 percent associated with the gravimetric system, depending of volume of the working fluid transferred in the calibration process. In conclusion, the gravimetric system for calibration of flow meters liquid was considered valid with the reported uncertainties, thus contributing to the advancement of knowledge in the area of flow metrology.

[pt] O objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho metrológico e o potencial de aplicação do medidor tipo v-cone para medição de vazão de gás natural em condições de gás úmido. Observa-se que os medidores do tipo placa de orifício, geralmente utilizados na medição de vazão de gás no segmento de Exploração e Produção (E e P), podem não representar a tecnologia mais adequada. O medidor v-cone representa uma tecnologia relativamente recente, que vem demonstrando bom desempenho para a medição de vazão e vem ganhando aceitação de órgãos reguladores. O interesse e a motivação do pesquisador residem na busca de maior exatidão na medição de vazão em condições operacionais adversas (gás úmido não especificado), sem impacto significativo sobre o custo do sistema. O presente trabalho, por meio de uma pesquisa bibliográfica e documental, apresenta o estágio atual de desenvolvimento da tecnologia de medição por v-cone e detalha as características dos sistemas de medição de vazão de gás natural, além de abordar as normas e regulamentos relacionados ao tema em questão. A fase experimental busca avaliar o desempenho do medidor por meio de uma investigação empírica realizada em laboratório, simulando condições de gás úmido encontradas em campo. Essa análise envolve também a determinação de erros e incertezas de medição. A pesquisa realizada, em conjunto com a avaliação dos resultados dos testes e das correlações utilizadas, demonstra que o medidor v-cone apresenta boa confiabilidade na medição de vazão de gás natural em escoamento de gás úmido, podendo ser utilizado em aplicações encontradas no segmento de E e P. / [en] The aim of this study is to evaluate the metrological performance and potential of use of the v-cone type meter for measuring the natural gas flow rate under wet gas conditions. The orifice plate type meters, that are usually used to measure the gas flow rate in the Exploration and Production segment (E and P), may not represent the most appropriate technology. The v-cone meter represents a relatively recent technology, which has shown good performance for the flow rate measurement and is gaining acceptance from the regulators. The interest and motivation of the researcher are related to the quest for greater flow rate measurement accuracy in adverse operating conditions (unspecified wet gas), with no significant impact on the cost of the system. This work, through a literature and documentary search, presents the current stage of development of the v-cone flow rate measurement technology and details the characteristics of natural gas flow rate measurement systems, in addition to addressing the standards and regulations relating to the subject. The experimental phase aims to evaluate the meter performance through an empirical research conducted in laboratory, by simulating wet gas conditions found in the field. This analysis also involves the determination of measurement errors and uncertainties. The research and the evaluation of test results and correlations show that the v-cone meter has good reliability in natural gas flow rate measurement under wet gas conditions, allowing it to be used in applications found in E and P.

[pt] Esta dissertação teve como objetivo de avaliar o desempenho metrológico de sistemas de medição de petróleo com medidores de vazão do tipo ultrassônico, Coriolis e deslocamento positivo quando submetidos a variadas condições de BSW, temperatura do fluido e vazão do escoamento por meio de Planejamento de Experimentos e da Metodologia de Superfície de Resposta. Conforme regulamentação brasileira vigente, caso os volumes produzidos de petróleo utilizados como referência para o pagamento de participações governamentais e a terceiros contenham um BSW superior a 2 por cento v/v, estes volumes devem ser majorados de forma arbitrária entre 1,44 por cento e 10,89 por cento em função exclusivamente do BSW, o que tem acarretado problemas operacionais às empresas petrolíferas como diferenças entre os volumes produzidos e os volumes comercializados, e pagamentos adicionais de participações governamentais e à terceiros. Os resultados dos experimentos realizados indicam que a contribuição de cada parâmetro analisado para o desempenho metrológico do sistema de medição varia conforme a tecnologia de medição utilizada pelo medidor de vazão, entretanto a temperatura do fluido demonstrou-se um parâmetro relevante comum para todas as tecnologias de medição avaliadas. Todas as tecnologias de medição avaliadas sofrem influência do BSW na faixa de 0 por cento a 10 por cento v/v, sendo o erro de medição inferior a 0,2 por cento, quando comparado a um medidor padrão do tipo deslocamento positivo, em quase todas as condições experimentais. O medidor de vazão do tipo Coriolis foi o que apresentou o menor erro dentre as tecnologias de medição avaliadas. / [en] This dissertation aimed to evaluate the metrological performance of oil measurement systems with ultrasonic, Coriolis and positive displacement flowmeters when subjected to various conditions of BSW, fluid temperature and flow rate by using Design of Experiments and Response Surface Methodology. According to current Brazilian regulations, if the produced oil volumes used as a reference for the payment of government takes and to landowners contain a BSW greater than 2 percent v/v, these volumes must be arbitrarily increased by 1.44 percent up to 10.89 percent due exclusively to the BSW value, which has caused operational problems for oil companies such as differences between the produced oil volumes and oil volumes sold, and additional payments of government takes and landowner fees. The results of the experiments carried out indicate that the contribution of each parameter analyzed to the metrological performance of the measurement system varies depending on the flowmeter measurement technology, however, the fluid temperature proved to be a relevant parameter common to all measurement technologies evaluated. All measurement technologies evaluated are influenced by BSW in the range of 0 percent to 10 percent v/v, with the measurement error being less than 0.2 percent, when compared to positive displacement master flowmeter, in almost every experimental condition. The Coriolis flowmeter was the one with the lowest error among all measurement technologies evaluated.

[pt] Se por um lado à privatização do setor de energia, que induz acirrada concorrência, tem estimulado a inovação tecnológica e a adoção de mecanismos de incentivos à eficiência operacional, a regulação do mercado introduz mecanismos de controle requerendo maior responsabilidade no uso consciente da energia de sorte a assegurar a eficiência energética e a proteção ambiental. Pressões de organizações ambientalistas internacionais e a crescente demanda por energia explicam a tendência mundial pelo uso de combustíveis fósseis mais limpos. O baixo nível de emissões e resíduos associados ao processo de combustão de gás natural qualifica esta commodity energética como um elemento estratégico para integrar a matriz energética de organizações e países comprometidos com a sustentabilidade global. O impacto econômico associado à medição de gás natural exige uma otimização do controle do balanço de massa no sistema de entrega. A aplicação da Metodologia de Reconciliação de Dados constitui o objetivo deste trabalho. A técnica provou ser uma ferramenta eficaz para a avaliação do balanço de massa em um gasoduto durante o período de operação associado ao transporte de gás natural. A natureza intrínseca do seu algoritmo de cálculo, que leva em conta a redundância nas medições, qualifica a metodologia para aumentar a confiabilidade da medição assim reduzindo a incerteza individual associada a cada grandeza física capaz de interferir na medição e identificar erros grosseiros. Fundamentado na avaliação metrológica do balanço de massa de um gasoduto brasileiro, os resultados do estudo permitem discutir a adequação da técnica proposta de reconciliação de dados. Dentre as conclusões do trabalho, foi possível mostrar que o uso da técnica de tratamento dos dados do gás não contado (unaccounted for gas) pode atingir valores inferiores a 0,3 porcento, comparando-se, assim, à tolerância preconizada em nível internacional. / [en] If on the one hand, privatization of the energy sector, which induces keen competition, has stimulated technological innovation and the adoption of incentive mechanisms for operational efficiency, regulation of the market introduces control mechanisms requiring greater responsibility in the conscious use of energy so as to ensure energy efficiency and environmental protection. Pressure from international environmental organizations and the growing demand for energy, explain the worldwide tendency for the use of cleaner fossil fuels. The lower levels of emissions and residues associated with the combustion process of natural gas classify this energy commodity as a strategic element to enter into the energy matrix of organizations and countries committed to global sustainability. The economic impact associated with the measurement of natural gas, demands optimization in controlling the mass balance in the delivery system. Application of the Data Reconciliation Methodology constitutes the objective of this work. The technique proved to be an efficient tool for the evaluation of the mass balance in a gas pipeline for the period of operation associated with the transport of natural gas. The intrinsic nature of its calculation algorithm, which takes into account the redundancy of measurements, qualifies the methodology to increase the confidence of measurement, thereby reducing the individual uncertainty associated with each physical volume capable of interfering with the measurement and identify gross errors. Based on the metrological evaluation of the mass balance of a Brazilian pipeline, the results of the study enable discussion on the adequacy of the data reconciliation technique proposed. Among the conclusions of the work, it was possible to demonstrate that the use of the technique in treating the data of unaccounted for gas, could achieve values lower than 0.3 percent, thereby comparable with the tolerances advocated at international level.