Comment utiliser le MFSFR (35 minutes)

A realização do presente trabalho teve por base a construção de uma infra-estrutura de equipamento e de programação que suportou o desenvolvimento pneumático e de sensores de composição e caudal, com o objectivo de ser aplicado à monitorização do processo biológico aeróbio de tratamento de resíduos orgânicos denominado compostagem. Foram efectuadas pesquisas relativamente aos diferentes sensores, avaliados nas respectivas especificações, seleccionados e adquiridos aqueles que se reportam neste trabalho. Alguns dos sensores foram ainda condicionados no que respeita à respectiva resposta.

Foram desenvolvidos um conjunto de procedimentos de ensaio e calibração dos referidos sensores, traduzidos em modelos e aplicações de programação.

Neste âmbito cabe especial referência para o modelo de diluição dinâmica e suas aplicações na calibração de sensores de composição e caudal, para os factores de resposta dos sensores de caudal mássico e para o procedimento de calibração do sensor de NH3.

Neste capítulo apresentam-se as conclusões mais relevantes a retirar do trabalho desenvolvido, algumas limitações do trabalho efectuado e um conjunto de sugestões para trabalho futuro.

6.1 CONCLUSÕES SOBRE OS RESULTADOS OBTIDOS

No que diz respeito aos sensores de composição ensaiados conclui-se que estes têm condições de resposta para ser aplicados no âmbito de monitorização do processo de compostagem e que o modelo experimental e teórico desenvolvido de calibração dinâmica é útil e aplicável ao ensaio dos sensores de composição, pois permitiu gerar misturas de composição conhecida e assim avaliar e calibrar de forma reprodutível a resposta desses sensores (ver Capítulo 5 e um resumo geral na Tabela 6.1).

Tabela 6.1 – Modelo de resposta dos vários sensores de composição utilizados

Sensor Modelo de resposta em relação à concentração Gama de resposta [Volts]

Vaisala_CO2 [0 %-20 %] linear [+0,015…+4,852]

Bosch LS03_O2 [0 %-21 %] logarítmico [-0,593…+2,307] Bosch LS615_O2 [0 %-21 %] logarítmico [+0,117…+1,767] Bosch LSM11_O2 [0 %-21 %] logarítmico [-0,340…+1,895]

GS_KE-25_O2 [0 %-100 %] linear [+0,038…+2,952]

Por outro lado, o procedimento de diluição dinâmica, que foi usado para calibrar sensores de caudal de grande capacidade, mostrou que era exequível usando CO2 como gás

traçador e que os resultados eram reprodutíveis.

Os sensores de caudal mássico que foram objecto deste estudo mostraram reprodutibilidade mas também sensibilidades de resposta que dependem da natureza do gás que o atravessa (ver Capítulo 5 e um resumo geral dos modelos de resposta na Tabela 6.2).

Tabela 6.2 – Resposta dos vários sensores de caudal mássico utilizados em relação ao caudal e gama de modelo

Sensor Modelo de resposta em relação ao _{caudal resposta [Volts]} Gama de

Omron (0-1 Lpm) quadrático [+1,022…+4,830]

Honeywell (0-5 Lpm) linear [+1,051…+4,726]

Honeywell (0-20 Lpm) linear [+1,555…+4,830]

6.1.1 FACTORES DE RESPOSTA

Os sensores de fluxo mássico não respondem para o mesmo caudal mássico (ou volumétrico) com a mesma sensibilidade aos diferentes gases puros, certamente em função das propriedades termofísicas que estes apresentam.

Neste trabalho, realizou-se o ensaio e a análise da resposta deste tipo de sensores a um conjunto de gases puros, tendo sido determinados os factores de resposta de cada gás em relação ao azoto (ver Tabela 6.3).

Neste trabalho é proposto um modelo de cálculo do caudal mássico de uma qualquer mistura gasosa de composição conhecida que desde que seja conhecida a resposta desse sensor para um determinado gás (ou mistura) e desde que sejam conhecidos (tabelados) os factores de resposta de cada gás em relação ao azoto.

Tabela 6.3 – Factores de resposta adequados para cada gás e para cada sensor de caudal mássico

Sensor fCO2,N2 fAirR,N2 fO2,N2 fAirS,N2 fAr,N2

Omron (0-1 Lpm) 0,812 1,009 1,126 1,034 1,509 Honeywell (0-5 Lpm) 0,889 1,033 1,141 - 1,428

6.1.2 CALIBRAÇÃO DO SENSOR DE NH3

Verificou-se que é possível preparar misturas gasosas de vapor de amoníaco para o ensaio e calibração de sensores de NH3.

A partir dos ensaios de evaporação verificou-se que o modelo de equilíbrio pode servir para estimar a concentração de NH3 na fase gasosa, embora se estime que possa

de ensaio de cerca de uma hora), devido à redução da concentração de NH3 na fase

líquida. Verificou-se ainda que a composição da mistura líquida estimada ao longo do tempo era razoavelmente prevista pelo modelo de evaporação. Em qualquer caso conclui-se também que a composição da mistura gasosa em termos da concentração esperada de NH3 é de facto menor que a determinada experimentalmente, pois não se

evapora tanto NH3 quanto o modelo de equilíbrio prevê.

Para minorar os referidos erros dever-se-á realizar os ensaios de calibração com um caudal de gás de arraste tão baixo quanto possível e durante o mais curto intervalo de tempo possível.

6.2 LIMITAÇÕES DO TRABALHO

Os trabalhos desenvolvidos, destinada aos ensaios de calibração de sensores de caudal mássico e de sensores de composição, ocorreram nas melhores condições laboratoriais. Contudo o significado metrológico das medidas efectuadas deve ser ponderado, dado não ter sido realizado o necessário trabalho de avaliação de incertezas das medidas. Reconhece-se que a aplicação dos resultados obtidos nos ensaios no âmbito do processo biológico de compostagem deve ser ponderada em virtude da presença dos eventuais contaminantes que o processo possa introduzir nas misturas em análise, em particular sujidades e humidade.

6.3 SUGESTÕES PARA TRABALHO FUTURO

A evaporação de água necessita de uma avaliação mais detalhada tendo em vista a verificação dos níveis de humidade relativa, as taxas de evaporação e a validação dos modelos de equilíbrio para a preparação de misturas de vapor para ensaios metrológicos. Verificou-se que os factores de resposta apresentem alguma dependência do próprio caudal e do sensor de caudal mássico. Admite-se que estas dependências possam estar relacionadas com as propriedades dos gases e as condições locais de transferência de calor.

No que diz respeito a alguns desvios sistemáticos que foram detectados e assumidos no trabalho, nomeadamente no que respeita às calibrações dos diferentes sensores, e em particular dos sensores de caudal, sugere-se uma avaliação de incertezas das medidas, em particular em situação de aquisição em aplicações, que não de calibração simples, nomeadamente de calibração dinâmica ou outras que envolvam um repartir da actividade de leitura do sistema de aquisição por um diversificado conjunto de sensores. Neste âmbito importa avaliar a eficácia de algumas medidas de programação tomadas.

No âmbito dos processos metrológicos importa determinar as incertezas dos diferentes procedimentos da cadeia de medida. Neste âmbito parece apresentar especial acuidade o cálculo das incertezas das medidas relacionadas com a calibração dinâmica de caudalímetros de grande capacidade, em que a medida final está dependente de uma cadeia relativamente longa de medidas.

Não tendo sido viável em tempo útil a aplicação do sistema de monitorização desenvolvido ao ensaio prático com um reactor biológico de compostagem, sugere-se naturalmente este assunto também como trabalho futuro. Sabe-se que as condições necessárias para a aplicação referida apresentam especificidades que deverão ser avaliadas ao nível do desempenho dos diferentes sensores. Há certamente a necessidade de proceder ao condicionamento das amostras de gás em relação a alguns contaminantes, nomeadamente partículas, condensados, etc.