[pt] O sistema hidroelétrico é responsável por 83,7% da energia elétrica gerada no país. Assim sendo, a geração de energia elétrica no Brasil depende basicamente das vazões naturais que afluem aos aproveitamentos hidroelétricos distribuídos por doze bacias hidrográficas no país. Sendo o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) o órgão responsável por elaborar a previsão e a geração de cenários de vazões naturais médias diárias, semanais e mensais para todos os locais de aproveitamentos hidroelétricos do Sistema Interligado Nacional (SIN), a qualidade da previsão da vazão natural é de suma importância para este órgão. A qualidade dessa previsão impacta diretamente no planejamento e em programas de operação do SIN, tal como o Programa Mensal de Operação - PMO. Mesmo com a melhoria na qualidade da previsão de vazões por meio da criação e adoção dos mais diversos modelos determinísticos e estocásticos nos últimos anos, os erros de previsão são, ainda, significativos. Deste modo, o objetivo principal desta dissertação foi propor um novo modelo capaz de proporcionar um significativo ganho de qualidade na previsão de vazões nas regiões dos aproveitamentos hidrelétricos das bacias hidrográficas do país. O modelo proposto, baseado em redes neurais, tem como ferramenta primordial a utilização de transformadas wavelets, que filtram os dados históricos de vazões, ou seja, as entradas das redes neurais de previsão, dividindo esses dados de entrada (sinais) em diversas escalas, no intuito de que as redes neurais possam melhor analisá-los. Para verificar a eficácia do modelo proposto, aqui denominado MIP (Modelo Inteligente de Previsão), procedeu-se um estudo de caso que realiza a previsão de vazões naturais incrementais médias diárias e semanais no trecho incremental entre as Usinas Hidroelétricas (UHE) Porto Primavera, Rosana e Itaipu da Bacia do Rio Paraná, chegando-se a um erro de aproximadamente 3,5% para previsão de vazões um dia à frente, 16% para 12 dias à frente, e 9% para previsão média semanal. Esta dissertação objetiva, também, investigar a eficácia do uso de informações das precipitações observadas e previstas na previsão de vazão, em conjunção com o uso do histórico de vazões. / [en] The hydroelectricity system is responsible for 83.7% of the electric energy generated at Brazil. Therefore, the generation of electric power in Brazil depends basically on the natural flow rates distributed by twelve basins in the country. The quality of prediction of natural flow is of crucial importance for the Brazilian governmental agency, ONS (from the portuguese language Electrical National Operator System), responsible for preparing the forecast and the generation of scenarios of daily, weekly and monthly average natural streamflows of all places of hydroelectric exploitations of SIN (from the portuguese language National Linked System). The quality of that forecast impacts directly in the planning and operation programs of SIN, for example, the PMO (from the portuguese language Monthly Operation Program). Even with the improvement in the quality of river flow forecasts through the creation and adoption of the various deterministic and stochastic models in recent years, the errors of forecasting are still significant. Thus, the main goal of this dissertation was proposing a new model capable of providing a significant improvement in Streamflow forecasts in regions of exploitations of hydroelectric basins of the country. The proposed model, based on neural networks, has the primary tool the use of wavelet transforms, to filter streamflows historical data, or the entries of predict neural networks, dividing the input data (signals) in several scales, in order that the neural networks can better analyse them. In order to check the effectiveness of the proposed model, here called MIP (from the portuguese language Forecast Intelligent Model), it was developed a case study to forecast daily and weekly average of natural incremental streamflows between the Hydroelectric Plants: Porto Primavera, Rosana e Itaipu belonging to the the Parana River Basin. The model reaches up an error of about 3,5% to estimates of streamflows one day ahead, 16% to 12 days ahead, and 9% for average weekly forecast. This thesis aims to also investigate the effectiveness of the use of information of observed and predicted rainfall in the forecast flow, in conjunction with the use of the historical streamflows.

[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] Os modelos GAS (generalized autoregressive score) são modelos de séries temporais com parâmetros variantes no tempo, os quais possuem sua evolução ditada pelo vetor score ponderado da função de verossimilhança. A avaliação da verossimilhança nestes modelos é bastante simples, bem como incorporação de efeitos como assimetria, memória longa e outras dinâmicas. Por serem baseados no score da verossimilhança, exporta-se a estrutura completa da distribuição preditiva para o mecanismo de atualização dos parâmetros, e não apenas a média ou momentos de ordem superior. Estas características, somadas á capacidade de lidar com processos multivariados e não estacionários, tornam a classe em estudo uma nova alternativa para a construção de modelos com parâmetros variantes, particularmente para séries temporais não gaussianas. Nesta dissertação, foram desenvolvidos modelos GAS univariados para a análise das séries mensais de vazão do Rio Paraibuna (MG) e de fator de capacidade de uma usina é olica não divulgada do Nordeste, utilizando as distribuições gama e beta, respectivamente. Além disso, foi derivado um novo modelo GAS bivariado com marginais gama e beta para a modelagem conjunta dos processos de vazão e vento, de modo a explorar a complementaridade sazonal entre as séries. / [en] The GAS models (generalized autoregressive score) are time series models with time-varying parameters, which have their update mechanism drived by the scaled score of the likelihood function. The likelihood evaluation in these models is quite simple, as well as the incorporation of effects like asymmetry, long memory and other dynamics. Because they are based in the scaled score of the likelihood, it exploits the full structure of the predictive distribution to the update mechanism of the parameters, and not just mean or higher order moments. These characteristics, coupled with the ability to handle with multivariate and non-stationary processes, make the studied class a new alternative to the construction of models with time-varying parameters, particularly for non-Gaussian time series. In this dissertation, univariate GAS models were developed to analyze monthly series of streamflow of Paraibuna river (MG) and of capacity factor of a wind farm undisclosed in Northeast, using the gamma and beta distributions, respectively. In addition, a new bivariate GAS model with gamma and beta marginals was derived for the joint modeling of the streamflow and wind processes, in order to explore the seasonal complementarity between the series.

[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] A supervisão da vazão da água de resfriamento em equipamentos de produção de energia de usinas hidrelétricas tem sido uma questão de preocupação devido à possibilidade de obstrução dos equipamentos de medição pela água sem tratamento. Outrossim, por razões econômicas, um instrumento barato e confiável deve ser escolhido para os vários pontos de monitoramento. Neste trabalho, um dispositivo não intrusivo foi desenvolvido, tendo seu desempenho avaliado para a medição da vazão da água na faixa de 0,7 a 7 m3/h. O princípio básico de operação é a variação da freqüência de formação de vórtices como função da vazão. Um acelerômetro colocado na parede externa de uma tubulação mede a freqüência de vibração induzida pelos vórtices. Vários testes mostraram que o instrumento é sensível a ruídos, que devem ser filtrados para a redução da incerteza de medição. O número de Strouhal foi avaliado como função do número de Reynolds do escoamento, mostrando um comportamento assintótico para números de Reynolds elevados. O instrumento diferencia nitidamente a existência ou não de escoamento. Presentemente, um esforço para condicionamento do sinal está sendo feito para a redução da incerteza de medição da vazão, que é estimada nesta dissertação. / [en] The supervision of the cooling water flow rate in power producing equipments of hydro-electric plants has been an issue of concern due to the possibility of clogging up measurement instruments by the used non treated flowing water. Furthermore, for economic reasons, a cheap and reliable instrument must be chosen for each of the many monitoring points. In this work, a non-intrusive device was developed and its performance analized for measuring water flow rate in the 0,7 to 7 m3/h range. The basic operating principle is the variation of the vortex shedding frequency with flow rate. An accelerometer placed outside the pipe wall measures the vortex induced vibration frequency. Several tests showed that the instrument is noise sensitive, which must be filtered to reduce the uncertainty of measurement. The Strouhal number was plotted as a function of the flow Reynolds number, showing an asymptotic trend towards an approximately constant value at high Reynolds numbers. The instrument sharply differenciates between flow and non-flow situations. Presently, a signal conditioning effort is being conducted to reduce the uncertainty of measurement of the flow rate, which is estimated in this dissertation.

[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.

[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.