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Terça, 25 Maio 2021 15:15

Recebimento do combustível, Vamos nivelar essa conversa - parte III

Nelson Luís Margarido

Nelson Luís Margarido

Dir. Industrial na Korth RFID Ltda
Engenheiro Mecânico pela USP São Carlos

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Agora chegamos no momento mais complicado de todo o processo de recebimento de combustíveis: a medição de nível em tanques aéreos de combustível.

Apesar da medição de nível ser um procedimento absolutamente simples, usando mostrador transparente (mangueira), régua de nível ou até mesmo medidores eletrônicos, na prática uma série de dúvidas surgem devido à incerteza da medição. Vários fatores impactam na precisão da leitura de nível e é bem difícil se livrar dessas interferências e conseguir uma medição confiável.

Esse é um assunto complexo e talvez tenhamos aqui o material mais complicado que já foi publicado nos nossos blogs.

Nível x Volume

A primeira coisa que se deve ter em mente quando se trata de medição de nível é que, o que se busca de fato, é saber o volume do produto. O volume, por sua vez, é composto de três dimensões diferentes que são comprimento, largura e profundidade. Simplesmente é impossível medir volume utilizando apenas a profundidade (nível). Então como se faz?

Para transformar a profundidade (nível) em volume, você precisa considerar que as outras duas dimensões (comprimento e largura) são fixas e conhecidas e a partir disso se faz uma correlação entre os vários níveis e os volumes correspondentes (tabela de arqueação).

Essa explicação parece complicada, mas empiricamente não é difícil de entender. O mais importante aqui é saber que o nível é uma medida indireta do volume e por isso os erros existentes nas outras duas dimensões serão somados ao próprio erro de leitura de nível, aumentando a incerteza da medida.

O formato do tanque

No Brasil, a maior parte dos tanques de combustível aéreos (com volume de até 60.000 litros) possuem a forma de um cilindro deitado. Isso ocorre porque existe uma norma brasileira (NBR15461) que especifica a forma, os materiais e as tolerâncias de fabricação dos tanques.

A norma garante que o resultado final seja um tanque seguro e com medidas precisas dentro daquilo que se espera para o processo de fabricação desses objetos. Isso significa que a norma entende que existem imperfeições na construção dos tanques, mas garante que essas imperfeições estejam dentro de limites toleráveis.

Assim sendo, por mais perfeito que um tanque de combustível pareça, na prática sabemos que nunca teremos um cilindro perfeito.

A fabricação moderna de tanques de armazenamento de combustível conta com cortes precisos de chapas de aço (laser ou jato d’água), soldadoras automáticas, calandras, e etc. Mesmo assim, em função das próprias dimensões das peças, vão ocorrer pequenas folgas entre elas durante a soldagem, alterações no comprimento total do tanque e ovalização das partes circulares. Essas diferenças são bem pequenas, coisa de poucos milímetros, mas vão interferir na incerteza da medição.

As deformações dos tanques de combustível

Além das imperfeições decorrentes do processo de fabricação, os tanques aéreos também sofrem deformações em função do peso do combustível e de problemas de instalação. Nas figuras abaixo, você verá como os tanques deveriam ser e como eles são na realidade.

Nas figuras, os desvios estão exagerados para melhorar o entendimento, mas todas essas deformações são milimétricas e difíceis de serem percebidas a olho nu. Mesmo para medir são complicadas, principalmente quando ocorrem no meio do tanque.

Porém, o mais importante aqui é que fique claro que esses detalhes colaboram para a incerteza na medição do volume, formando uma espécie de efeito dominó, onde o erro de uma dimensão se soma ao erro de outra dimensão e assim por diante.

Apenas para ilustrar, vamos tomar como exemplo um tanque normalizado de 15.000 Litros. Esses tanques costumam ter 1.910 mm de diâmetro por 5.280 mm de comprimento. Se você fizer os cálculos vai perceber que, no meio do tanque de combustível, uma diferença de leitura de 5mm gera uma diferença de volume de mais de 50 litros!

Tabela de arqueação

Como já foi mencionado anteriormente, a medição de nível (profundidade) é apenas uma das medidas para o cálculo do volume. Você ainda vai precisar da largura e comprimento em cada ponto para calcular o volume do combustível. Para facilitar esse trabalho, os fabricantes oferecem a tabela de arqueação dos tanques, que basicamente é uma listagem que mostra o valor do volume no tanque para cada profundidade medida. Ou seja, o fabricante fez as contas para você e te poupa do trabalho de calcular o volume cada vez que fizer a medição.

Existem três tipos de cálculo de tabela de arqueação, cada um deles com um nível de precisão diferente.

Tabela de arqueação teórica

É de longe a tabela mais usada para medição de volumes. Nesse caso, o volume é calculado matematicamente considerando-se que o tanque tem exatamente as medidas que estão na documentação. Mas, sabemos que os tanques nunca possuem exatamente as medidas nominais e por isso essas tabelas trabalham com um erro de medição (incerteza) bastante alto, normalmente ±2,5%.

Tabela de arqueação por preenchimento

É muito usada para tanques com formato irregular. Nesse caso, se usa um medidor volumétrico preciso e, com o tanque aéreo vazio, se vai colocando o combustível lentamente, e se faz uma marcação a cada 100 ou 200 litros (esse valor pode ser maior, depende do volume total do tanque de combustível). Esse tipo de tabela de arqueação apresenta uma incerteza muito menor, porque o que se faz é uma relação direta em volume que está entrando e o nível gerado, o que acaba por corrigir as deformações do tanque. Porém, ainda existe uma incerteza que é gerada pelo próprio bloco medidor. Normalmente para isso se usa um bloco medidor com uma precisão de 0,2% a 0,5% FE (Fundo de Escala) o que até daria uma boa precisão, mas há também que se considerar as várias paradas do bloco (onde ocorrem golpes de aríete) e o tempo de estabilização de nível para a marcação. De forma geral, uma tabela de arqueação por preenchimento apresenta incerteza entre ±0,5% e ±1%. Esse processo de arqueação é o mesmo usado pelos postos no Inmetro para certificação de tanques de caminhões de transporte de combustíveis.

O mesmo raciocínio pode ser usado de maneira inversa. A partir de um tanque de combustível cheio com um volume conhecido, se faz a retirada de combustível, normalmente nos abastecimentos, e anota-se o nível de combustível alcançado para cada volume retirado. Esse procedimento pode ser feito até manualmente quando os abastecimentos envolvem grandes volumes (acima de 100 litros), mas para abastecimentos menores, a leitura visual pode ser prejudicada. No entanto, quando se usa um medidor de nível eletrônico e preciso (de preferência magnetostrictivos) pode-se trabalhar com volumes de abastecimento menores e obter uma curva de arqueação bastante precisa.

Tabela de arqueação por medição geométrica (Metrológica Legal)

Esse tipo de tabela é o recomendado pelo Inmetro e é realizado por diversas empresas com credibilidade legal para isso. Nesse caso, um técnico credenciado faz diversas medições no tanque com instrumentos bastantes precisos. Além do próprio tanque, tudo que pode interferir significativamente na arqueação (tubulação, portas de acesso, conexões) é medido.

Todas essas medições são lançadas em um software (ou planilha) que calcula matematicamente a tabela de arqueação para aquele tanque específico. Essa tabela vai levar em consideração todas as imperfeições do tanque de combustível e não pode ser utilizada para outros tanques, sendo necessária uma para cada tanque que você possuir. Nesse caso, a tabela de arqueação pode apresentar uma incerteza menor que ±0,5%.

Hoje em dia também estão disponíveis scanners laser 3D para a medição de tanques de combustível. O princípio é o mesmo da arqueação geométrica do tanque, mas ao invés de um técnico capturar as medidas, um dispositivo laser é inserido dentro do tanque de combustível e calcula a distância de milhares de pontos no interior do tanque (cerca de 50.000 pontos de referência), gerando assim um mapa 3D bastante completo e preciso. Nesse caso, se pode obter uma incerteza na ordem de ±0,3%.

Porque a incerteza pode ser um problema?

Agora que já foram explicados os motivos que geram incerteza na medição de níveis em tanques de combustível, vamos abordar o impacto que isso gera na prática no seu procedimento de recebimentos de combustíveis e aqui vamos usar um pouco de matemática.

A incerteza é especialmente problemática quando ela gera zonas de conflito nas medições ou, para usar um termo mais conhecido, uma espécie de “empate técnico”.

Vamos tomar como base novamente o tanque de combustível normalizado de 15.000 litros e vamos supor que você encontre uma medição de nível de 125 cm. Pela tabela de arqueação teórica, isso significa que você deve ter um volume absoluto de 10.491 L. Porém, como já explicado anteriormente, esse tipo de tabela apresenta um erro de ±2,5% na leitura de nível. Então, na verdade, uma leitura de 125 cm pode corresponder a um volume entre 10.228 e 10.753 litros. Para piorar, várias outras medidas de nível se sobrepõem nesse intervalo, veja na ilustração abaixo o que acontece quando aplicamos a incertezas e as zonas de empate:

Observe na figura que toda a região destacada com amarelo corresponde à incerteza da medida (também chamada de margem de erro) e é a região de empate. O volume mínimo se encontra próximo ao volume nominal com 123 cm e o volume máximo se encontra próximo a 128 cm.

Nesse caso, é incerto afirmar que o volume de combustível no tanque é de 10.491 L, ou 10.228 L ou mesmo 10.753 L. A única afirmação correta é que o volume se encontra próximo a 10.491 L, podendo variar entre 10.228 a 10.753 L.

Com tudo que já foi descrito até aqui, você já percebeu que a incerteza é uma característica do sistema de medição de combustíveis. Aliás, todos os sistemas de medição de combustíveis apresentam incertezas, desde micrômetros que medem centésimos de milímetros, até os telescópios que medem a distância da Terra ao Sol. Quanto menos preciso for o instrumento de medição, mais incerteza ele vai gerar. Para quem tiver mais curiosidade sobre esse assunto, sugiro esse vídeo que trata da incerteza na medição de idade de corpos celestes.

Assim sendo, o mais importante é aprender a entender os erros de medição de combustível como parte do processo e tratá-los de forma adequada, sabendo diferenciar o que é incerteza daquilo que pode ser desvio ou furto sistemático.

O nível final medido após o recebimento de um carregamento de combustível pode te induzir a imaginar que está faltando ou sobrando combustível no tanque. Caso isso ocorra, aplique a incerteza do seu tanque como parâmetro de correção. Assim você saberá determinar a zona de empate técnico e esclarecer se o volume de combustível recebido está correto ou não. Também leve sempre em conta que as dimensões do tanque de combustível não se alteram de forma significativa com o tempo, elas são características físicas e permanentes. Assim sendo, toda vez que você receber um mesmo volume, suponha 15.000 L, o nível na régua deve ser o mesmo ou muito próximo. Mesmo que a tabela de arqueação sugira que o nível está errado, a simples repetição da medida já indica se o volume está correto.

Por fim, a maneira mais correta de medir desvios no recebimento de combustível é confrontar o encerrante do bloco medidor com os volumes recebidos ao longo do tempo. Isso porque os blocos de medição trabalham com uma incerteza bem menor (normalmente abaixo de 0,5%) e vão te garantir uma medição real mais precisa.

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