Medição De Micro Caudal Por Interferometria

2.00

JOÃO ROBARTS • ELSA BATISTA • RUI F. MARTINS • FERNANDA SARAIVA • ISABEL GODINHO

Resumo

A medição de caudais inferiores a 1 μL/h apresenta uma complexidade elevada devida a vários fatores de influência, nomeadamente: a evaporação, a absorção e a existência de bolhas de ar, entre outros fatores. O presente trabalho, desenvolvido em parceria pelos Laboratórios de Volume e Caudal (LVC) e de Comprimento (LC) do IPQ com o Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial (DEMI) da FCT/UNL, tem como objetivo a conceção e o desenvolvimento de um novo padrão de medição de caudal de fluidos, para valores inferiores a 1 μL/h, recorrendo a técnicas interferométricas associadas a um gerador de caudal (tipo seringa Nexus). A montagem experimental utiliza um interferómetro laser, constituído pela unidade laser, dois cubos retrorrefletores e um divisor de feixes, um gerador de caudal, um cronómetro, o instrumento a calibrar e um computador para aquisição e tratamento de dados. O interferómetro laser é colocado sobre um tripé com altura e ângulo ajustáveis, para alinhamento linear dos componentes óticos do interferómetro. Um dos cubos é colocado sobre o elemento móvel do sistema gerador de caudal, enquanto que o outro se encontra acoplado ao divisor de feixe. Desta forma garante-se que a indicação de distância medida pelo interferómetro é apenas devida ao movimento do cubo móvel. No eixo de movimento do gerador de caudal é instalada uma seringa, da qual se conhece a área da secção transversal interna. Admitindo a condição de corpo rígido, o avanço do êmbolo da seringa é ditado pelo avanço do pusher block do gerador de caudal. Com o interferómetro foi possível monitorizar a distância percorrida pelo elemento móvel do gerador de caudal, que se encontra solidário com o êmbolo da seringa de vidro, durante um intervalo de tempo pré estabelecido. Com estes valores de medição foi determinada a velocidade de deslocação do êmbolo da seringa e juntamente com o diâmetro interno da seringa, foi possível calcular o caudal debitado. Esta metodologia de medição tem a vantagem de ser praticamente independente da evaporação do líquido. Para a obtenção dos valores de medição nos ensaios efetuados foi necessário monitorizar as condições ambientais (temperatura, pressão e humidade) e a temperatura do líquido padrão. Neste trabalho caraterizaram-se as fontes de incerteza associadas e é apresentado o modelo matemático considerado no sistema experimental implementado com o qual foi estimado o respetivo balanço de incerteza global da medição.

Palavras-chave: Microcaudal, interferometria, calibração, incerteza de medição, medição de caudal.

Informação adicional

Índice

1. MEDIÇÃO DE MICRO CAUDAIS
2. CONCEITOS
2.1. METRO
2.2. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
2.3. COMPRIMENTO DE ONDA
2.4. INTERFERÊNCIA
2.5. INTERFERÓMETRO
2.6. FRANJAS
2.7. CAUDAL
2.8. ERRO
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4. MONTAGEM EXPERIMENTAL
4.1. INTERFERÓMETRO
4.2. SISTEMA DE DISPLAY
4.3. RETRORREFLETORES
4.4. GERADOR DE CAUDAL
5. ESTABILIDADE DO SISTEMA
5.1. INCERTEZA DE MEDIÇÃO
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO
7. TRABALHOS FUTUROS
8. CONCLUSÕES
9. AGRADECIMENTO

Curriculum Vitae

João Paulo Sartori Robarts frequenta o mestrado integrado em Engenharia Mecânica na Faculdade de Ciências e
Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa. Está atualmente num estágio, no Laboratório de Volume e Caudal
(LVC)do Instituto Português da Qualidade (IPQ) a desenvolver o Projecto que sustenta a tese de mestrado.

Elsa Maria Isqueiro Batista é Mestre em Química Analítica, pela Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa
em 2007 e licenciada em Química Aplicada, pela Faculdade de Ciências da Universidade Nova de Lisboa em
1999. Desde 1999 que trabalha no Laboratório de Volume e Caudal do Instituto Português da Qualidade como
técnica superior e responsável de laboratório. É a contactperson e presidente do comité técnico do caudal da
EURAMET.

Rui F. Martins licenciou-se em Engenharia Mecânica pelo Instituto Superior Técnico em 1996 e obteve o grau de
Mestre e de Doutor em Engenharia Mecânica, pelo Instituto Superior Técnico, em 1999 e 2005, respetivamente.
É Professor Auxiliar no Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial da Faculdade de Ciências e Tecnologia
da Universidade Nova de Lisboa.

Isabel Godinho é Diretora do Departamento de Metrologia do Instituto Português da Qualidade.
Integrou em 1991 o Laboratório de Medidas Elétricas do Laboratório Nacional de Engenharia e Tecnologia
Industrial (LNETI), enquanto Instituto Designado, no âmbito do Sistema Português da Qualidade (SPQ), como
Laboratório Nacional para as grandezas elétricas.
Entre junho de 2007 e maio de 2008 assumiu a direção do Laboratório de Medidas Elétricas do LNETI, até à sua
integração no IPQ, em junho de 2008. Desde junho de 2008 até março de 2014 foi Coorde nadora da Área
Laboratorial de Eletricidade, Temperatura e Acústica do Laboratório Nacional de Metrologia do IPQ. Licenciada
em Física, pela Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, e desde 2011 doutorada em Física, ramo da
Metrologia, pela mesma Universidade.

Referências Bibliográficas

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Volumes in Nanodispensing, Journal of Automated Methods and Management in Chemistry.
[2] M Richter, P Woias and D Weiβ. (1997) Microchannels for applications in liquid dosing and flow
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[3] M Ahrens, St Klein, B Nestler and C Damiani. (2013). Design and uncertainty assessment of a setup
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and Technology.
[4] http://www.bipm.org/en/measurement-units/base-units.html
[5] Halliday, Resnick. (2009). Fundamentals of Physics, Eight edition, Volume 4
[6] Halliday, Resnick. (2009). Fundamentals of Physics, Eight edition, Volume 1
[7] A Donges, R Noll (). Laser Measurement Technology – Fundamentals and applications, Springer,
ISBN: 978-3-662-43633-2
[8] F White (2007). Fluid Mechanics, 6
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[9] 5528A Laser Measurement System – User’s Guide, Hewlett Packard

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