Chapitre II : METHODE EXPERIMENTALES
II. 1 Préparation des échantillons :
Uma fuga num reservatório implica a existência de uma variação de massa, ∆𝑚 . Neste método de calibração, a fuga é pesada antes e depois de um determinado período temporal, ∆𝑡. A taxa de fuga é obtida pela expressão:
𝑞𝑚 = ∆𝑚∆𝑡 �𝑎𝑛𝑜�𝑔 equação 2.9
Este método é muito simples e económico. Por estes motivos é tipicamente o método de calibração escolhido pela maior parte dos fabricantes de fugas de gases frigorigéneos, já que permite efectuar as calibrações nas suas condições de trabalho (ou seja, à pressão atmosférica). Contudo devem ter-se em conta algumas considerações relacionadas com as dimensões das fugas que se pretende medir. Para este tipo de fugas, a incerteza associada é tipicamente superior a 26% [23], ultrapassando os 15% estabelecidos pela norma EN 14624 [24] (norma utilizada na qualificação de detectores de fugas). Este método possui algumas desvantagens relacionadas por exemplo, com a forma física das fugas que se pretendem medir. Por exemplo, existem fugas no mercado cuja dimensão não possibilita que sejam pesadas neste tipo de balança [25]. Por outro lado, este método também não distingue as fugas laterais (fugas laterais são fugas indesejadas que podem surgir tipicamente nas fugas de permeação e serão descritas em detalhe no capítulo 4).
Todavia, recentemente (2012) foram publicados resultados sobre o desenvolvimento de um método gravimétrico para calibração de fugas de gases frigorigéneos. As medições são efectuadas no mínimo
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de 30 horas de intervalo. O sistema descrito, permite calibrar fugas entre 1 e 50g/ano com uma incerteza máxima de 3% [26], [27].
No capítulo 3 onde se descreve um padrão primário para calibração de fugas ilustra-se a aplicação do método gravimétrico na calibração de fugas de gases frigorigéneos, para validação do método.
Na Figura 2.7 encontra-se ilustrada a balança analítica utilizada no Metrovac. Tendo em conta a incerteza da balança, deve considerar-se que a variação de massa mínima por dia para uma determinada fuga seja de pelo menos 10 vezes a resolução (0,001 g/dia). Esta variação mínima corresponde a uma fuga de aproximadamente 0,4 g/ano. Por este motivo, os períodos entre pesagens para fugas que apresentem taxas de fuga inferiores a este valor devem ser ampliados.
Para fugas de 5 g/ano será razoável efectuar-se uma pesagem por dia.
Figura 2.7 – Balança analítica calibrada utilizada para medição das taxas de fuga das fugas de R134a construídas.
Na Figura 2.8 está ilustrado um resultado típico de uma calibração de uma fuga de R134a. O valor da massa inicial era de aproximadamente 40g. Esta fuga foi pesada uma vez por dia, durante 8 dias consecutivos. Verificou-se uma variação média da massa de 0,0083g/dia o que corresponde a uma taxa de fuga de 3,0 g/ano.
Devido à dependência da taxa de fuga com a temperatura, (capítulo 4), as fugas devem ser pesadas sempre nas mesmas condições de temperatura para que os resultados possam ser comparados
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devidamente. Por este motivo as fugas devem ser armazenadas, numa câmara climática à temperatura à qual se pretende estimar a taxa de fuga.
Outra consideração relevante advém do período que se deve aguardar até se proceder à primeira pesagem, após a produção de uma fuga de referência. Como se descreverá no capítulo 4, os frascos, são cheios com R134a a temperaturas próximas dos -30ºC. Contudo, as fugas são utilizadas a uma temperatura de 20 ºC tipicamente, sendo por isso necessário aguardar que a fuga atinja essa temperatura. O tempo mínimo que se deve aguardar para a primeira medida deverá ser entre 1 a 2 dias.
Figura 2.8 – Pesagem de uma fuga de R134a ao longo de 8 dias consecutivos. A massa inicial do frasco era de 39,3217g e perdia em média 0,0083 g/dia correspondente a uma taxa de fuga de 3,0 g/ano.
As fugas devem ser manuseadas sempre de luvas para que a sua massa não varie devido ao manuseamento.
A pesagem numa balança envolve essencialmente um equilíbrio de forças. Numa pesagem os objectos são suportados por forças gravitacionais e parcialmente pela impulsão. O valor da impulsão é dependente das condições atmosféricas (pressão e temperatura)[28]. Apesar da temperatura poder ser controlada, o mesmo não acontece em relação à pressão atmosférica.
Desta forma, torna-se necessário efectuar uma correcção ao valor da massa medida para cancelar o efeito da variação da impulsão.
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Neste caso a massa corrigida, 𝑚𝑐 (em mg), é obtida através da soma da massa lida na balança, 𝑚𝑙 (em mg), com a massa de ar deslocada, 𝑚𝑎𝑟 (em mg):
𝑚𝑐= 𝑚𝑙+𝑚𝑎𝑟 equação 2.10
A massa de ar pode ser obtida através do volume do frasco, V (em m3) e da densidade do ar, 𝜌
𝑎𝑟
(kg/m3):
𝑚𝑎𝑟 =𝑉 × 𝜌𝑎𝑟 equação 2.11
A densidade de um gás, pode ser definida por:
𝜌 = 𝑝
𝑅𝑒𝑠𝑝.𝑇 equação 2.12
Onde 𝑝 (em Pa) e 𝑇 (em K) são a pressão e a temperatura atmosféricas respectivamente e 𝑅𝑒𝑠𝑝. é a constante especifica do gás que é obtida por:
𝑅𝑒𝑠𝑝. =𝑀𝑅 equação 2.13
Onde M é a massa molar do respectivo gás e R é a constante dos gases ideais.
Para o ar, e considerando uma massa molar de 28,97 g/mol, a constante especifica é de 286,99 (m3.Pa)/(Kg1.K1). Desta forma, a equação 2.10 pode ser reescrita por:
𝑚𝑐 = 𝑚𝑙+𝑉 ∗ �286,99𝑝 ∗ 𝑇� equação 2.14
O valor desta contribuição pode ser estimado ao considerar-se a seguinte condição hipotética: uma fuga de 5 g/ano é medida em dois dias distintos. A pressão atmosférica é de 1000 mbar e de 1010 mbar no primeiro e segundo dias respectivamente, sendo que a temperatura se mantém constante (23ºC). Esta diferença de pressão atmosférica contribui para uma diferença de massa de ar de aproximadamente 2,4×10-4 g. Numa fuga com estas dimensões a variação típica de massa por dia é de aproximadamente 8,3×10-3 g. Desta forma, esta diferença nas condições atmosféricas altera a massa corrigida em 3%.
As fugas de referência que foram medidas por este método mostraram ter uma incerteza entre os 10 e os 15% (k = 2), sendo que a repetibilidade mostrou ter uma contribuição de aproximadamente 95%.
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