UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN - UFPR

RICARDO MENDES DE OLIVEIRA

ESTUDO COMPARATIVO ENTRE DIVERSOS MTODOS DE

ARQUEAO DE TANQUES

CURITIBA

2010

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN - UFPR

RICARDO MENDES DE OLIVEIRA

ESTUDO COMPARATIVO ENTRE DIVERSOS MTODOS DE

ARQUEAO DE TANQUES

Trabalho de concluso de curso

apresentado ao Programa de Ps-Graduao

da Universidade Federal de Curitiba para

obteno do ttulo de Especialista em

Metrologia Legal.

Orientador: Prof . Manolo Gipiela

CURITIBA

2010

AGRADECIMENTOS

Deus, pela vida, bno e proteo.

minha famlia por todo apoio e confiana.

Ao professor Manolo Gipiela, pela orientao, apoio e incentivo.

Aos amigos e colegas Paulo Delgado, Jair, Marilice, Joel Franceschini,

Anilson e Gilmar Scopel pela amizade, companheirismo e pela colaborao na

realizao deste trabalho.

Aos amigos de ps-graduao Gustavo Yamanishi, Fabrcio Negro, Murilo

Contador e Elisley Gorrz, pela amizade, companheirismo e colaborao recebida

durante o curso. E aos demais colegas que de uma forma contriburam no

desenvolvimento do trabalho.

Aos funcionrios do IPEM Joselita, Cida e Jlia pela ajuda e amizade.

Aos tutores e professores da Universidade Federal do Paran pelo

incentivo, apoio e conhecimento.

Ao INMETRO, pelo auxlio financeiro.

RESUMO

A metrologia definida como a cincia da medio. Medir e estabelecer padres

de medio esto entre as mais antigas necessidades da vida civilizada. A

metrologia legal tem por base uma regulamentao nacional ou internacional, que

torna obrigatrias tcnicas e procedimentos metrolgicos na verificao da

conformidade do instrumento de medida com o regulamento especfico. A

metrologia industrial aplicada em equipamentos que passem por processos de

validao peridica, sejam estes calibraes ou ajustes, para a realizao de

medies confiveis. Pode-se dessa maneira conhecer a capacidade de um

instrumento no controle e medio de um processo. Assegura-se assim a

fabricao de produtos com qualidade em processos dependentes de medies

confiveis.

A atividade de medir a capacidade volumtrica de reservatrios (tanques, silos e

embarcaes) utilizados para armazenamento de produtos a granel conhecida,

nos meios tcnicos da metrologia, como arqueao. O objetivo fazer um estudo

comparativo entre os diversos mtodos de arqueao, assegurar a confiabilidade

metrolgica nas medies fiscais, custdia de produtos e para o controle de

estoques das empresas. Os principais clientes desse tipo de servio so as

refinarias e distribuidoras de petrleo, usinas de lcool, moinhos de gros,

empresas do segmento de sucos e companhias de gs.

Palavras-chave: Arqueao, Confiabilidade Metrolgica.

ABSTRACT

Metrology is defined as the science of measurement. Measure and establish

measurement standards are among the oldest needs of civilized life. The legal

metrology is based on a national or international regulations, which makes

compulsory metrological techniques and procedures for compliance testing of the

measuring instrument with the specific regulation. Metrology is applied in industrial

equipment passing through validation procedures periodically, whether calibrations

or adjustments to perform reliable measurements. One can thus know the capacity

of an instrument control and measurement of a process. This will ensure the

production of quality products in processes dependent on reliable measurements.

The activity measuring the volumetric capacity of reservoirs (tanks, silos and

vessels) used for storage of bulk commodities is known among specialists in

metrology, as tonnage. The goal is to make a comparative study between the

various methods of tonnage, ensure reliability in metrology measurements fiscal

and custody products for inventory control of companies. The main customers of

this service are the refineries and oil distribution companies, ethanol plants, grain

mills, companies in the juice segment and gas companies.

Keywords: Tonnage, Metrological Reliability.

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1 ......................................................................................................05

Figura 2 .......................................................................................................06

Figura 3 .......................................................................................................07

Figura 4 ......................................................................................................09

Figura 5 .......................................................................................................10

Figura 6 ......................................................................................................11

Figura 7 .......................................................................................................16

Figura 8 Tcnica da fita mtrica (a)............................................................21

Figura 9 Tcnica da fita mtrica (b)............................................................21

Figura 10 Tcnica da fita mtrica (Leitura da circunferncia) Trena

topogrfica.....................................................................................................22

Figura 11 Tcnica da fita mtrica (Medidas externas) Altura de

referncia.......................................................................................................22

Figura 12 Tcnica da fita mtrica (Medidas internas) Estruturas internas

e topografia do fundo.....................................................................................23

Figura 13 Mangueira de nvel.....................................................................24

Figura 14 Corda..........................................................................................24

Figura 15 Trena de profundidade...............................................................24

Figura 16 Trena topogrfica.......................................................................24

Figura 17 Desenho esquemtico mostrando medidas de ofsets atravs do

procedimento tico ORLM.............................................................................26

Figura 18 Mangueira de nvel.....................................................................26

Figura 19 Corda..........................................................................................26

Figura 20 Trena de profundidade...............................................................27

Figura 21 Trena topogrfica.......................................................................27

Figura 22 Estao total (Teodolito).............................................................27

Figura 23 Estaes de teodolitos e projeo de tangentes em diferentes

nveis..............................................................................................................28

Figura 24 Esquemtico do sistema utilizado para medio.......................30

Figura 25 Visualizao de todo o sistema plotado em 3D..........................34

Figura 26 1o Anel........................................................................................35

Figura 27 2o Anel........................................................................................36

Figura 28 3o Anel........................................................................................36

Figura 29 4o Anel........................................................................................37

Figura 30 5o Anel........................................................................................37

Figura 31 Distncias e ngulos medidos no primeiro anel do tanque

Mtodo das Tangentes..................................................................................39

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Dimenses do tanque................................................................29

Tabela 2 - Coordenadas obtidas nas medies dos cinco anis em

campo...........................................................................................................33

Tabela 3 Coordenadas nos pontos de medio (Estaes).....................34

Tabela 4 Comparao de resultados Trena x Coordenadas.................38

Tabela 5 Comparao dos resultados filtrados por Curva Gaussiana..38

Tabela 6 Comparao de resultados Trena x Tangentes......................39

SUMRIO

1 INTRODUO.......................................................................................01

1.1 OBJETIVOS...........................................................................................04

1.1.1 Objetivo geral.....................................................................................04

1.1.2 Objetivos especficos.........................................................................04

2 REVISO DA LITERATURA.................................................................05

2.2 Breve Histrico da Metrologia................................................................05

2.2.1 As Medidas .......................................................................................05

2.2.2 Os Padres........................................................................................10

3 METODOLOGIA....................................................................................19

3.1 Diversos Mtodos de Arqueao de Tanques......................................20

4 RESULTADOS E DISCUSSES..........................................................29

5 CONCLUSO........................................................................................40

6 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.....................................................41

1 INTRODUO

Com a criao da Petrobrs em 1953, e a necessidade de se importar

petrleo lquido para o processo de refino, automaticamente cresceu a demanda

do servio de arqueao de tanques, incrementou-se tambm, o nmero de

tanques para armazenamento e transporte dos derivados dele advindos. Com a

falta de pessoal especializado quantitativamente e qualitativamente, e pela

inexistncia de um programa especfico de treinamento, ou de um curso regular

acreditado para a adequao, qualificao e certificao de pessoal; Instituto

Nacional de Metrologia, Normalizao e Qualidade Industrial Inmetro, buscou

nos pases desenvolvidos esta formao tcnica, a exemplo de tantas outras

atividades e, comps as principais equipes com um metrologista - chefe da equipe

operando como multiplicador, e assim, repassando na prtica o conhecimento

adquirido (conhecimento tcito) e o conhecimento terico ou intrnseco, e um

segundo metrologista da equipe, para que juntos executassem o servio

necessrio. Por questes funcionais, o Inmetro obrigava-se a regularizar a

situao deste corpo tcnico que, na realidade, no apresentava o nivelamento e

igualdade na proficincia das medies e dos clculos dos diversos tipos de

tanques arqueados.

Estudiosos como Ikujiro Nonaka identificam duas formas bsicas de

conhecimento: conhecimento tcito e explcito. Conhecimento tcito abrange o

que as pessoas sabem, mas no conseguem expressar prontamente. Elas o

transmitem por meio de aes, smbolos, analogias, metforas e outras

representaes cognitivas. Conhecimento explcito ou codificado aquele que as

pessoas criam e transmitem mediante a linguagem formal, sistemtica.

A globalizao da economia impactou significativamente o movimento de

abertura da economia do Brasil, que se viu obrigado a revisar sua poltica de

recursos humanos, a adoo de programas de privatizao, houve a queda de

barreiras tarifrias com a extino do General Agreement for Trade and Tarifs

GATT; e a desregulamentao setorial, dentre os quais o grande mercado

produtor, extrativista e transformador do petrleo. Ao mesmo tempo houve uma

grande preocupao do governo com as medies, pois, fundamentado nelas

seriam estabelecidos os pagamentos dos royalties aos Estados, Municpios e

demais produtores. Como a metrologia legal responsvel pelas atividades

relacionadas s unidades de medida, mtodos de medio e instrumentos de

medio, relativas s exigncias tcnicas e legais obrigatrias, com o objetivo de

garantir publicamente a segurana, a exatido das medies e a concorrncia

legtima, dentre outros. No campo econmico o objetivo principal proteger o

comprador e o vendedor. Sendo assim temos que nos referenciar a Resoluo do

Conselho Nacional de Metrologia - Conmetro n 11, de 12 de outubro de 1988,

captulo III, subitem 8, que estabelece as diretrizes para o efetivo controle

metrolgico dos instrumentos de medio e das medidas materializadas.

A Organizao Internacional de Metrologia Legal OIML, a organizao

internacional que tem por objetivo promover a harmonizao global dos

requerimentos da metrologia legal. Para evitar contradies entre a normalizao

voluntria e as recomendaes internacionais e na sua extenso, dos

regulamentos tcnicos, estabelecem-se acordos de cooperao entre associaes

como a International Organization for Standardization - ISO, a International

Eletrotecnical Commission - IEC e outras.

A ISO uma organizao no governamental sem fins lucrativos, com sede

em Genebra, na Sua, cujo objetivo promover o desenvolvimento de normas

nos diversos ramos da atividade humana e atividades afins em mbito mundial,

procurando facilitar a troca de bens de consumo e servios, e desenvolver

atividades de cooperao nos campos intelectual, cientfico, tecnolgico e

econmico.

No Brasil, a Associao Brasileira de Normas Tcnicas - ABNT, fundada em

1940, a organizao responsvel pela normalizao tcnica dita voluntria,

sendo membro fundador da ISO em 1947, atualmente scia da ISO na categoria

participante, o frum nacional de normalizao, e promove a edio de normas

nos diversos ramos da atividade econmico/industrial brasileira.

O Inmetro regulamenta, gerencia, supervisiona e executa as atividades de

metrologia, legal e cientfica e da qualidade, atravs do seu pessoal e da Rede

Brasileira de Metrologia Legal e Qualidade RBMLQ - Inmetro, executando

verificaes metrolgicas de instrumentos de medio, medidas materializadas. A

Rede composta pelos rgos Metrolgicos Estaduais conveniados (IPEMs). A

elaborao da regulamentao se baseia nas recomendaes da OIML qual

estamos filiados, somos o nico pas na Amrica do Sul filiado a ela; e

trabalhamos em harmonia com centenas de outros pases do mundo; e atuamos

em colaborao com fabricantes, com entidades de classe e entidades

representativas dos consumidores.

A Arqueao de Tanques no Brasil uma atividade regulamentada como as

demais da Metrologia Legal. O Inmetro, Instituto Nacional de Metrologia,

Normalizao e Qualidade Industrial, vem prestando estes servios sociedade,

utilizando-se da metodologia herdada e repassada internamente entre os tcnicos

envolvidos com a atividade. Com o advento das filosofias da Qualidade e a nova

lei do petrleo, e outros agentes motivadores, se faz necessrio rever alguns

aspectos gerenciais e operacionais desta rea. Buscou-se estudar e analisar as

prescries normativas de organizaes representativas no mundo, assim como

novas tecnologias disponveis e preconizadas nas normas.

Fez-se aplicao prtica em tanques, bem como as tabelas volumtricas e

os certificados de arqueao. Entrevistou-se especialistas em metrologia,

procurando encontrar a melhor metodologia para incrementar a capacidade de

atendimento do sistema Inmetro; e isto significa utilizar as prescries normativas

mais adequadas ao nosso pais, trabalhando hanonicamente com nossos parceiros

comerciais.

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Objetivo geral

Fazer um estudo comparativo entre os diversos mtodos de arqueao de

tanques, visando a aplicabilidade, relao custo benefcio, margens de erro

associados e assegurar a confiabilidade metrolgica da armazenagem de

combustveis, produtos qumicos e petroqumicos.

1.1.2 Objetivos especficos

Estudar os diversos mtodos de arqueao de tanques, dentre os quais:

Mtodo por Trenas (ISO 7507-1);

Mtodo por Triangulao ptica (ISO 7507-3);

Mtodo da determinao de distncias/coordenadas por

medio eletro-ptica externa (ISO 7507-5).

2 REVISO DA LITERATURA

2.1 Breve Histrico da Metrologia

2.1.1 As Medidas

TEMPO - O sol foi por muito tempo usado pelo homem como um relgio

simples, desde que no estivesse temporariamente encoberto por nuvens. A hora

era estimada por meio do comprimento da sombra e a durao do tempo pelo

aumento ou diminuio dessa sombra (Figura 1). Como anteparo para produzir

sombra, o homem utilizava um objeto de comprimento estipulado, como por

exemplo no Egito, uma vara de aproximadamente 50 cm. Durante milnios o

relgio do sol, com inmeras formas de execuo, foi o medidor de tempo mais

utilizado.

Figura 1

Para o perodo da noite, no Egito antigo, usava-se o relgio de entrada e

sada de gua. Do nvel correspondente de gua obtinha-se o tempo. O mais

antigo relgio de gua conhecido origina-se do tempo de Amenofis III, em 1 400

a.C. Na Idade Mdia apareceu o sucessor do relgio de gua, o relgio de areia,

que era mais fcil de ser transportado. Villard de Honnecourt fez, em 1 250, a

primeira experincia para construir um relgio com engrenagens. Surgiram

inicialmente os relgios de peso e, a partir do sculo XIV em diante, os relgios de

mola. Peter Henlein conseguiu reduzir, em 1 510, o tamanho do relgio para o

formato de bolso. Somente no incio do sculo XIX a eletricidade foi usada como

propulsora de relgios. Atualmente a unidade de tempo adotada

internacionalmente e tambm no Brasil o segundo, cuja definio :

"O segundo a durao de 9 192 631 770 perodos de radiao correspondente

transio entre os dois nveis hiperfinos do estado fundamental do tomo de Csio

133".

MASSA - Nos tmulos do antigo Egito encontram-se balanas de braos

iguais que visavam pesar os pecados e as boas aes. Tambm as balanas de

um s brao, com peso deslizante, j eram conhecidas no Egito h cerca de 1 000

anos antes de Cristo, muito tempo antes que Arquimedes de Siracusa, no sculo

III a.C., tornou conhecida a lei da alavanca (Figura 2).

Figura 2

PRESSO - Um discpulo de Galileu, Evangelista Torricelli, descobriu em 1

643, que o ar exercia uma presso sobre todos os objetos e construiu, baseado

em suas observaes, o primeiro barmetro de mercrio. O experimento de

Torricelli consistia em preencher com mercrio um tubo de vidro de 2 braccia ou

cerca de 115 cm de altura, aberto em uma extremidade. O tubo era ento virado

de cabea para baixo e a extremidade aberta era mantida fechada com o auxlio

de um dedo. O tubo era ento colocado na posio vertical dentro de um

recipiente cheio de mercrio (Figura 3). Quando o dedo era removido da

extremidade aberta do tubo, a coluna de mercrio descia, sempre parando na

altura de 1 1/4 braccia ou cerca de 72 cm. Esse fenmeno evidenciou que a

presso atmosfrica oferecia resistncia descida da coluna de mercrio contido

no recipiente. Torricelli observou que a altura da coluna de mercrio variava com

variaes na temperatura. Assumiu tambm que havia formao de vcuo no tubo

depois da descida do mercrio.

Figura 3

TEMPERATURA - O mdico italiano Santorre Santoria construiu, em 1 611,

um termoscpio semelhante ao que j era conhecido por Filon de Bizncio, 200

anos antes de Cristo. Meio sculo mais tarde, este termoscpio foi aperfeioado

pela "Accademia del Cimento", resultando em um termmetro.

O termmetro um equipamento usado para medir temperaturas. O nome

composto de duas pequenas palavras: "Termo" significando calor e "metro"

significando medio. O termmetro pode ser usado para determinar a

temperatura fora ou dentro de sua casa, dentro de seu forno e at mesmo a

temperatura de seu corpo se voc estiver doente. Quando se observa a um

termmetro de bulbo, percebe-se uma fina coluna de lquido avermelhada ou

prateada que cresce quando a temperatura aumenta e decresce quando ela

diminui. Algumas vezes esse lquido poder ser algum lcool colorido mas tambm

pode ser um metal lquido chamado mercrio. Ambos se dilatam quando

aquecidos e se contraem quando resfriados. Dentro do tubo de vidro do

termmetro o lquido no tem para onde ir seno subir se a temperatura aumentar

ou descer se a temperatura decair. Nmeros so dispostos ao lado do tubo de

vidro que servem para determinar a temperatura naquela escala e naquele ponto.

Um dos primeiros inventores do termmetro foi Galileu, mais conhecido por

seus estudos sobre o sistema solar e sua teoria revolucionria, na poca, de que a

Terra e os planetas giravam ao redor do Sol. Os termmetros usados atualmente

so bem diferentes do que o que Galileu possa ter utilizado. Existe geralmente um

bulbo na base do termmetro e um longo tubo de vidro sai na vertical (Figura 4).

Os primeiros termmetros usavam gua, mas por causa das caractersticas desse

material no era possvel medir temperaturas abaixo de seu ponto de

congelamento. O lcool ento passou a ser usado, com ponto de congelamento

abaixo do ponto da gua.

A linha avermelhada ou prateada no termmetro move para cima ou para

baixo dependendo da temperatura. O termmetro mede temperaturas em graus

Fahrenheit, Celsius ou em uma outra escala chamada Kelvin, essa mais usada por

cientistas. A escala Fahrenheit usada principalmente nos Estados Unidos. No

restante do mundo utilizada a escala Celsius. A escala Fahrenheit (F), mostrada

ao lado esquerdo da figura 18, tem esse nome em homenagem ao fsico

germnico Gabriel D. Fahrenheit (1686-1736), que desenvolveu sua escala no ano

de 1 724. A gua congela a 32 F e ferve a 212 F. Ele, arbitrariamente, decidiu

que a diferena entre o ponto de ebulio e de congelamento da gua deveria ser

de 180 F.

Figura 4

A escala Celsius (C), mostrada ao lado direito da figura 4, homenageia

Anders Celsius (1701-1744). O grau Celsius s vezes chamado erroneamente

de grau centgrado. Anders Celsius desenvolveu sua escala em 1 742 falecendo

dois anos depois com 42 anos de idade, vtima de tuberculose. Ele comeou com

o ponto de congelamento da gua e definiu que esse ponto seria equivalente a 0

C. No ponto em que a gua fervia ele marcou o equivalente a 100 C. Essa

escala muito mais cientfica porque as medies so divididas em partes de 100

o que a torna similar ao sistema mtrico.

A escala Kelvin (K) uma homenagem ao Lord Kelvin, cujo nome inteiro

era Sir William Thomson, Baron Kelvin of Largs, Lord Kelvin of Scotland. Lord

Kelvin levou a idia da temperatura um passo adiante com a inveno da escala

Kelvin em 1 848. A escala Kelvin mede a temperatura mais fria que pode existir.

Ele afirmava que no h limite para quo quente a temperatura pode alcanar,

mas que existia uma limite para o quo fria ela pode chegar. Kelvin desenvolveu

ento a idia do Zero Absoluto. Sua escala comea nesse zero, 0 K que equivale

a 273,15 C ou 523,67 F.

Nessa temperatura tudo incluindo o movimento dos eltrons em uma tomo

pra completamente. At o momento cientistas afirmam que no h nada no

universo que chegue a atingir a temperatura absoluta de 0 K.

2.1.2 Os padres

A origem dos padres est associada ao comeo da cultura humana. Nos

tempos mais antigos a vida em comunidade era governada por costumes e regras

comuns, administrados pelo chefe do grupo, dando origem assim ao primeiro

padro de vida - a famlia. Esses grupos usavam os mesmos smbolos escritos e

fonticos, roupas e abrigos comuns, tinham a mesma religio, as mesmas leis e

as mesmas divises de tempo.

Em um dado momento da histria observa-se a existncia de uma unidade

de comprimento chamada cvado ordinrio, com dimenso de 450 mm. As

supostas dimenses da Arca de No, como citadas na Bblia, eram de

aproximadamente 300 cvados de comprimento, 50 de largura e 30 de altura

(Figura 5).

Figura 5

Os mais antigos padres de peso foram achados nos tmulos de AMRAH e

datam da segunda metade do IV Milnio a.C. Eram constitudos por pequenos

cilindros de base cncava, com cerca de 13 gramas.

Os sistemas de pesos e medidas dos egpcios passaram para a Judia e

Grcia e, com algumas modificaes, estenderam-se Itlia onde foram adotados

pelos romanos e, subseqentemente, por todas as naes europias.

J em 3 900 a.C., os egpcios utilizavam um padro de comprimento de

granito denominado cbito que era equivalente ao antebrao do fara Khufu com

523 mm de comprimento. Baseados nesse padro eram construdos padres que

seriam utilizados pelos trabalhadores (Figura 6). Este padro foi muito eficiente

pois garantiu bases para as pirmides quase que perfeitamente quadradas pois o

comprimento de seus lados no variavam mais que 0,05% de seu valor mdio que

era de 228,6 metros.

Figura 6

No ano 300 a.C., os gregos mediram todo seu litoral usando uma corda

cheia de ns que flutuava na gua. Atenas tinha quatro padres. O primeiro era

conservado no santurio do Herve Stphanphoro, ao lado do Atelier Monetrio. O

segundo na cidade e disposio do pblico, o terceiro em Pireu e o quarto em

Eleusis. As cidades importantes possuam organizao semelhante, e os

magistrados encarregados da guarda do que denominavam Metron ou seja

medida, recebiam o ttulo de Metronomos ou Agoranomos.

Em Roma, essas medidas se chamavam Mensura Capitulina. A partir de

Constantino, as medidas de peso foram denominadas de Exagium. Os padres

eram depositados nos templos de Jpiter Capitulino e de Castor, sob a guarda de

Edis. Constantino, mais tarde, ordenou ficarem os mesmos sob custdia no templo

principal de cada cidade, onde deveriam ser conferidas as respectivas cpias. O

supervisor da fiscalizao nomeado era um delegado imperial, fato que visava

evitar fraudes das quais a plebe muito reclamava. Na Idade Mdia encontrava-se

muita diversidade e desordem. Na Frana, no reinado de Dagoberto I (622 - 628),

os padres eram conservados no prprio Palcio Real. Carlos Magno (742 - 814)

preocupou-se com a uniformidade das unidades de medida, legislou e

recomendou a introduo da libra por volta do ano de 789.

No ano de 1 300, o rei Eduardo I, regulou o sistema Avoir-Dupois, palavra

francesa que quer dizer "bens de peso", para uso no comrcio. Em 1305 o rei

Eduardo I decretou que fosse considerada como uma polegada a medida de trs

gros secos de cevada, colocados lado a lado. Os sapateiros ingleses aprovaram

a idia e passaram a fabricar, pela primeira vez na Europa, sapatos com

tamanhos padro baseados nessa unidade. Dessa maneira, um calado medindo

quarenta gros de cevada passou a ser conhecido como tamanho 40 e assim por

diante. No incio do sculo XII, Henrique I, da Inglaterra, fixou o valor da jarda, a

unidade em uso na poca, como igual distncia entre seu nariz e o polegar de

seu brao. Ao final do sculo XII, Ricardo I fez a primeira lei criando padres de

comprimento e de capacidade. As unidades fundamentais do sistema britnico

eram a Imperial Standard Yard e a Imperial Standard Pound, ou em portugus

a "Jarda Imperial" e a "Libra Imperial". Construdos em 1 758, os padres

primitivos foram destrudos por um incndio que, em 1 834, arrasou a casa do

Parlamento Ingls.

Na Frana, com base em medies feitas pelos astrnomos Delambre e

Mechain, um grupo de cientistas construiu, em 1 799, os padres do metro (barras

de platina pura de seo retangular com 25,3 mm de largura e 4 mm de espessura

equivalente a 0,000 000 1 da distncia do Plo Norte linha do Equador, medido

ao longo do meridiano que passava pelo Observatrio de Paris) e do quilograma

(cilindro de platina com dimetro igual a altura com o peso de 1 dm3

de gua pura

na temperatura de 4,44C) depositados nos Archives de France.

Foram confeccionados trs exemplares do metro padro em platina pura. O

metro prottipo foi conservado nos Archives de France. As duas cpias foram

relocadas para o Conservatoire des Arts et Mtiers e para o Observatoire de Paris.

Em 1 812 dois decretos do Imperador Napoleo I deram incio a aplicao do

sistema mtrico decimal. A Lei de 4 de Julho de 1 837 tornou obrigatrio o sistema

mtrico decimal na Frana. A partir de 1 de janeiro de 1 840 foi recomendado que

uma ordem real regulasse o processo de verificao.

A Associao Geodsica constituda em Berlim, que continha

representantes da maior parte dos Estados Europeus, pronunciou-se sobre a

convenincia da criao de um Bureau Internacional de Pesos e Medidas,

recomendando aos delegados junto governos de seus pases que opinassem

favoravelmente a respeito. Por convocao do Imperador Napoleo III reuniu-se,

em Paris em 8 de agosto de 1 870, a Primeira Comisso Internacional do Metro.

A Conferncia Diplomtica do Metro realizada em Paris no dia 01 de maro de 1

875, sob a presidncia do Duque de Decazes, Ministro de Negcios Estrangeiros

de Frana, contou com a participao de 20 naes. Pela primeira vez o Brasil

fez-se presente com o representante Visconde de Itajub. Nessa conferncia,

estabeleceu-se em uma conveno geral, a criao do Bureau International des

Poids et Mesures-BIPM, cientfico e permanente, com sede em Paris. Em 1 960,

com revises e simplificaes da Conveno Internacional do Metro, criou-se o

Sistema Internacional de Unidades - SI.

As embalagens, inicialmente necessrias para armazenar e transportar

pequenas quantidades de produtos hoje se caracterizam como sofisticados

artefatos tecnolgicos, de dimenses variadas, nos quais tem-se a contribuio de

vrios ramos das cincias e engenharias, seja pela diversidade de materiais

empregados como tambm nas tcnicas empregadas em sua construo.

importante voc saber que diferentes metais e suas ligas, polmeros e

seus compsitos, alm de sofisticados processos de montagem e soldagem so

hoje aplicados. Ainda, face necessidade sempre crescente de quantificar com

maior grau de preciso seu contedo faz-se necessrio o emprego de tcnicas

cada vez mais acuradas, aplicadas nos processos de medio e tambm o uso de

especiais instrumentos de medida. Responsveis pelo transporte e

armazenamento de riquezas presentes na maioria das atividades de produo

desenvolvidas pelo homem, este indispensvel componente tem evoludo bastante

ao longo dos anos.

Desde os tempos remotos, a necessidade de conservar ou transportar

alimentos fez com que o homem procurasse, ainda que de forma improvisada,

adequar utenslios como forma de acomodar aqueles gneros que garantiam seu

sustento. Surgiram assim as primeiras embalagens. Pode-se assim dizer que o

desenvolvimento da sociedade tem relaes diretas com a presena destes

objetos.

A explorao de novas terras exigia que alimentos, ou qualquer tipo de

suprimento fossem estocados e transportados para atender assim a necessidade

daqueles viajantes durante as grandes jornadas. Fossem os alimentos, salgados,

cozidos, ou em gros, a necessidade de acomodao era uma constante j

naqueles tempos. Os alimentos, caas, frutos, at mesmo gua, ainda que obtidos

ao longo das travessias, nem sempre era garantido encontr-los a disposio

durantes as longas distncias percorridas, da a necessidade de conserv-los para

atender as ocasies de sua total ausncia ou mesmo escassez.

A grande diversidade de gneros descortinados ao longo de suas

andanas, por aqueles ancestrais viajantes conduziu consequentemente ao

surgimento das trocas e posteriormente ao comrcio entre as diferentes

comunidades.

Novas rotas surgiam o que acarretava no s em uma crescente demanda

para os novos itens como tambm um grande intercmbio de culturas e

aprendizados. medida que a distncia entre as civilizaes aumentava, maior

se tornava tambm a necessidade de melhor proteo para que aqueles produtos

resistissem ao transporte por um maior perodo de tempo. O comrcio globalizado

teve incio acelerado com as naus que permitiam transporte em maior escala. Em

conseqncia, a aventura por novas rotas martimas permitiram alavancar ainda

mais este processo.

O desenvolvimento tecnolgico no que se refere s embalagens, ainda que

no tenha ocorrido na mesma velocidade em que as fronteiras ficavam

literalmente mais prximas, aos poucos acrescentava melhoramentos, no s no

desenvolvimento de novas formas de embalar mas tambm de conservao dos

produtos estocados. O emprego de salga, cozimento ou frio e tambm a adio de

conservantes foram paulatinamente incorporados ao conjunto de processos de

preservao, associados tambm introduo e uso de novos materiais

empregados na construo das embalagens.

Dos primeiros materiais empregados em embalagens, o barro reinou por

milhares de anos. Anterior a estes utenslios, na pr historia, nossos ancestrais

usavam folhas de plantas onde os alimentos como carne eram embrulhados.

Cestos, fabricados com galhos ou razes de rvores, assim como pedaos de

troncos, cascas de certos frutos tambm foram empregados naqueles tempos.

Contudo, com a descoberta do fogo, os artefatos de barro puderam ser

construdos na forma de recipientes com dimenses maiores, bem definidas e

mais resistentes, alm claro, da facilidade da conformao, favorecendo assim

formas mais adequadas para o transporte.

Exemplo destes vasilhames so as nforas, que tiveram origem na Grcia.

Nestes recipientes, produtos lquidos como azeites eram estocados, e/ou

transportados para comercializao. As nforas eram vasos de formato ovide

construdos em barro ou terracota com duas asas simtricas, terminados

geralmente, na parte inferior em uma ponta afunilada ou ento em base de apoio

plana e estreita.

Alm de azeite estes recipientes tambm serviam para guarda ou

transporte de muitos outros produtos lquidos como: gua, salmoura ou vinho

como faziam os gregos e romanos, ou mesmo mel, mas tambm produtos a

granel como frutos secos, cereais ou peixe salgado. Algumas destas nforas

empregadas na antiguidade podem ser vistas na figura 7.

.

Figura 7

O vidro e a porcelana datam tambm de pocas remotas. Contudo, destes,

vidro ainda perdura como material de construo de muitas embalagens,

particularmente para acomodao de pequenos volumes. Porcelana por outro lado

tem aplicaes muito mais limitadas. Mais delicadas so empregadas com

frequncia em peas pequenas e utenslios de mesa. A madeira, pela

versatilidade de construo, tambm fez histria nas embalagens, na fabricao

caixas e confeco de barris para transporte de produtos lquidos. Ainda hoje se

faz uso deste material.

Contudo, com o surgimento de novos materiais como polmeros sintticos

seu uso tem cado em declnio. Ficando sua aplicao hoje voltada construo

de paletes e caixas, que servem de embalagens finais para o transporte de

equipamentos, peas e acessrios de mquinas e tambm de objetos frgeis,

como louas, equipamentos eletrnicos entre outros. Nestas aplicaes comum

inclusive a associao com papelo e filmes plsticos que servem para o

acondicionamento primrio.

Um grande salto, porm foi dado com o desenvolvimento de tcnicas de

processamento do vidro, mas mais particularmente dos metais. No que se refere

s embalagens de grande dimenso, sem sombra de dvidas as ligas metlicas,

em particular aquelas contendo o ferro como principal elemento tem posio de

destaque. Elementos como o alumnio e cobre, em maior proporo, ou ento

associados a outros metais modificadores de liga como; o nquel, o cromo, o

cobalto, molibdnio entre outros, tambm tem seu papel relevante na elaborao

de ligas especiais aplicadas na construo de tanques, neste caso, para

estocagem e transporte de produtos qumicos, materiais txicos, inflamveis ou

corrosivos.

Embalagens constitudas de polmeros como polietileno, polipropileno,

polister, entre outros, reforados ou no com fibra de vidro, ou mesmo

empregados como revestimento tambm prestam seu papel nas embalagens,

desde pequenos a grandes tanques. Um grande e diversificado nmero de

reservatrios so hoje construdos para estocagem. Os tanques estacionrios

como os tanques de processo encontrados na indstria, tanques para transportes,

seja ferrovirio, rodovirio e tambm de embarcaes so exemplos destes

artefatos.

Nos dias atuais milhes de toneladas de produtos so estocados ou

transportados diariamente atravs dos mares, estradas, ferrovias at mesmo por

aeronaves. Destes produtos, um grande nmero se encontra no estado lquido.

Neste sentido, tanques de diferentes formas e capacidades so empregados para

o transporte, comercializao ou estocagem.

O conhecimento preciso da quantidade de mercadoria contida nas

embalagens de crucial importncia em todas as transaes comercias. O

conhecimento da massa, seja, obtida por pesagens ou indiretamente, pela

determinao do volume com base no conhecimento da densidade. So as

operaes de uso corrente. Logo, para aqueles produtos onde os faturamentos

so efetuados por volume, o correto conhecimento deste parmetro de grande

relevncia.

Contudo, sem o preciso conhecimento das dimenses dos reservatrios

onde se encontram os produtos de interesse no possvel mensurar de forma

direta o volume. Assim, entre em cena a importante processo metrolgico

denominado arqueao.

Arqueao de tanques a medio volumtrica dos tanques de

armazenamento de combustvel instalados em refinarias de petrleo e

distribuidoras. Para fazer a arqueao, o Instituto de Pesos e Medidas dos

Estados Brasileiros coleta todas as informaes e medidas do tanque e, a partir

delas, confecciona uma tabela volumtrica prpria para o reservatrio.

Aps a confeco da tabela, ser emitido um Certificado de Arqueamento

para o tanque de armazenamento. Para que o tanque possa ser utilizado no

processo de armazenagem de produtos derivados do petrleo e do lcool,

obrigatria a sua certificao. A tabela volumtrica tem validade de dez anos.

Caso o tanque sofra qualquer alterao em sua estrutura, a refinaria ou

distribuidora deve solicitar ao IPEM uma nova medio, para a confeco de uma

nova tabela.

Metrologia pode ser considerada um conjunto de metodologias visando

prover confiana s medies, bem como desenvolver medies mais exatas e de

validade e aceitao mais amplas. A metrologia lida com conhecimentos de vrias

disciplinas e envolve sistematizao, documentao de informaes, bem como

uma rigorosa avaliao de incertezas de medio, visando dar o mximo de

objetividade na sua funo de agregar confiana e qualidade s medies.

3 METODOLOGIA

A metodologia empregada consiste na elaborao de um clculo

dimensional e obteno de uma tabela volumtrica. Primeiramente, os tcnicos

efetuam as medies geomtricas dos tanques e, em seguida, os clculos para

gerao da tabela volumtrica: uma tabela, a partir do ponto zero ou mesa de

medio, fornecendo o volume do tanque em litros para cada centmetro de altura.

As tabelas volumtricas so ferramentas fundamentais para o controle

quantitativo, para efeito fiscal e de custdia, dos produtos. Um estudo da

Universidade Federal Fluminense, em parceria com o Inmetro, mostra bem a

medida da importncia desse instrumento: as movimentaes de produtos a

granel, o processo de refino, recebimento e entrega de petrleo lquido e seus

derivados so baseados nas quantidades dos produtos considerados, que so

determinadas atravs da tabela volumtrica de cada tanque de armazenamento.

O processo para se chegar elaborao da tabela volumtrica feito por

meio de medies de comprimento dimensional e topografia ou clculo do volume

contido no fundo do tanque. Para isso, o tcnico utiliza trenas, medidores de

espessura e outros instrumentos calibrados aos padres do Inmetro, conformes

com as normas da ISO.

Na inspeo, o tcnico precisa entrar no tanque. Alm de traar a

topografia, com auxlio de uma mangueira de nvel ou nvel a laser, extrai as

medidas de toda e qualquer singularidade, como tubulaes de entrada e sada de

produto, portas de limpeza ou outros elementos que possam influenciar

significativamente no acrscimo ou decrscimo do volume do tanque.

O trabalho consiste na medio da circunferncia, espessura das paredes e

altura de cada anel do tanque para chegar altura total do costado, com emisso

do tabelamento volumtrico. Outra medida tomada pelos tcnicos a altura de

referncia do tanque, que feita a partir da boca de medio, localizada numa

abertura no topo do tanque.

Essa abertura, um tubo cilndrico, destinada, no dia-a-dia da empresa, a

medir a altura do produto contido. Com o uso da tabela volumtrica, o interessado

poder saber a qualquer momento, quanto de produto existe no tanque, bastando

para isso comparar o comprimento em centmetros indicado pela trena de

profundidade e a quantidade em litros indicada pela tabela.

Aps a medio emitido um Certificado de Arqueao para o tanque,

documento de carter oficial, vlido por dez anos, certificando que foi feita a

arqueao, com vistas a atender s exigncias dos rgos governamentais.

Apesar do prazo da validade, o servio deve ser refeito sempre que haja

alguma interveno no tanque que possa acarretar na capacidade volumtrica.

Para realizar o servio, o tanque deve estar vazio, limpo e descontaminado, de

acordo com o que estabelece a norma NBR 14787.

Existem alguns fatores a serem considerados na apurao destes

resultados:

Foram os primeiros testes efetuados utilizando essa metodologia para

arqueao de tanques;

At onde se sabe essa tecnologia no aplicada para este fim no Brasil, o

que faz com que todas as dificuldades prticas sejam novidades;

Todos os testes foram realizados no mesmo tanque, sendo que para uma

melhor avaliao da viabilidade deste trabalho necessitam-se mais testes em

diferentes tanques;

O equipamento que foi utilizado no dos mais precisos, sendo que para

novos testes isso ser observado.

As dimenses do tanque tomadas como referncia foram obtidas em

medies utilizando trenas, mtodo este que tambm tem algumas restries

operacionais quanto a preciso e exatido.

3.1 Diversos Mtodos de Arqueao de Tanques

Mtodo por Trenas (ISO 7507-1)

A ISO 7507-1 justamente aquela que trata da metodologia que emprega

trenas como principal instrumento para a determinao do permetro dos tanques

verticais e que, a partir destas medidas, conduz a determinao do dimetro e

correspondente seo transversal interna do tanque. Este mtodo no se aplica a

tanques que apresentem grandes deformaes em sua circunferncia, sendo

aplicado especificamente queles tanques de seo circular. No caso de tanques

que apresentem grandes deformaes emprega-se o mtodo de calibrao por

transferncia de lquido.

Outro aspecto tambm considerado pela norma refere-se mxima

inclinao permitida, desvio mximo de 3% da vertical, ainda que a correo

correspondente seja efetuada na fase de clculo.

Figura 8 Tcnica da fita mtrica (a)

Figura 9 Tcnica da fita mtrica (b)

Figura 10 Tcnica da fita mtrica (Leitura da circunferncia) Trena topogrfica

Figura 11 Tcnica da fita mtrica (Medidas externas) Altura de referncia

Figura 12 Tcnica da fita mtrica (Medidas internas) Estruturas internas e

topografia do fundo

Equipamentos utilizados:

Figura 13 Mangueira de nvel Figura 14 - Corda

Figura 15 Trena de profundidade Figura 16 Trena topogrfica

Mtodo por Triangulao ptica (ISO 7507-3)

Este processo de arqueao emprega, alm da trena metlica, nvel tico

ou teodolito, carrinho magntico, rgua graduada e trip.

O processo baseia-se na medio da distncia da circunferncia do tanque,

com base em linhas de referncia, podendo estar estas linhas internas ou

externas ao tanque. A distncia entre estas linhas e a parede do tanque,

denominadas ofset, permite avaliar a posio da parede em relao s

referncias, ao longo de toda extenso da altura do tanque.

Na realidade as referncias so linhas verticais paralelas a geratriz do

costado do tanque cilndrico. As linhas de referncia inicialmente estabelecidas

fisicamente como fios de prumo suspensas a partir do topo do tanque, so hoje na

grande maioria das operaes linhas virtuais fornecidas por um instrumento tico.

A distncia da parede linha de referncia efetuada com uma rgua

graduada afixada o mais prximo possvel da linha de centro de um carrinho. A

referida escala pode posicionar-se tanto horizontal, quanto verticalmente em

relao a parede do tanque, dependendo do modo de operao. As tomadas dos

ofsets so realizadas atravs deste carrinho, que sustentado por uma corda ou fio,

pode ser baixado ou elevado ao longo da parede do tanque. Operao esta que

pode ser efetuada do topo do tanque ou atravs de sistema de roldanas,

permitindo assim operar ao nvel do solo.

O carrinho mantido junto parede do tanque atravs de dispositivo

magntico. O deslocamento vertical, controlado remotamente, possibilita proceder

as medidas, interna ou externamente a parede do tanque. Neste sentido, com o

carrinho e sistema tico no interior do tanque so feitas as medidas contra a linha

de referncia situada internamente ao tanque e deslocando-se o carinho junto

parede interna poder medir diretamente o dimetro interno, ou indiretamente

pode medir o dimetro interno, com base na circunferncia externa, quando o

carrinho externo ao tanque desloca-se junto sua superfcie externa fazendo

referncia a linhas posicionadas externamente ao costado do tanque.

Figura 17 - Desenho esquemtico mostrando medidas de ofsets atravs

do procedimento tico ORLM

Equipamentos utilizados:

Figura 18 Mangueira de nvel Figura 19 - Corda

Figura 20 Trena de profundidade Figura 21 Trena topogrfica

Figura 22 - Estao total (Teodolito)

Determinao de distncias/coordenadas por medio eletro-ptica externa

(ISO 7507-5).

Vista esquemtica de duas estaes de teodolitos e projeo de tangentes

em diferentes nveis.

Figura 23 - Estaes de teodolitos e projeo de tangentes em diferentes

nveis.

Neste processo, com emprego de teodolito determina-se a circunferncia

do tanque a diferentes nveis com referncia a uma linha base que pode ser; uma

circunferncia de referncia, medida pelo procedimento de arqueao por

cintamento, uso de trena graduada, ou ento com uma linha de base situada entre

duas estaes de teodolito. Esta linha de base pode ser medida, por meio de uma

trena ou por um dispositivo tico. O valor da circunferncia interna obtido por

correo atravs da medida de sua dimenso externa.

4 RESULTADOS E DISCUSSES

Este trabalho mostra os resultados prticos obtidos no processo de

desenvolvimento e implantao de um sistema ptico que se pretende utilizar em

arqueao de tanques. O grande objetivo da implantao destes resultados ,

alm da grande evoluo tecnolgica aplicada, a segurana dos operadores

envolvidos neste tipo de trabalho.

Cabe salientar que os procedimentos utilizados na realizao destes

resultados so baseados nas normas ISO 7507-1 (Mtodo por Trenas), 7507-3

(Mtodo por Triangulao ptica Externa) e 7507-5 (Determinao de

distancias/coordenadas por medio eletro-ptica externa), basicamente. Sendo

assim, sero aqui relatados essencialmente os resultados prticos dos

experimentos.

Desenvolvimento prtico

Para os testes prticos, foi escolhido um tanque de dimenses conhecidas, j

arqueado pelo INMETRO RS, utilizando o mtodo de trenas. O referido tanque

pertence a Transpetro Refinaria de Canoas/RS, e suas dimenses (de acordo

com a arqueao por trenas) esto dispostas na Tabela 1.

Tabela 1 Dimenses do tanque

Equipamentos utilizados

O equipamento utilizado foi uma Estao Total (Teodolito Laser Leica TCR

307), capaz de medir ngulos e distncias, estas atravs da emisso de ondas

eletromagnticas com caractersticas conhecidas (Laser ou Infravermelho), com

ou sem utilizao de prisma reflexivo, ou seja, podendo tomar como anteparo

reflexivo o prprio objeto da medio (parede do tanque).

DETERMINAO DE DISTANCIAS (COORDENADAS) POR MEDIO

ELETRO-PTICA EXTERNA

Este mtodo descrito na Norma ISO 7507-5, e foi implementado com

algumas adaptaes em relao a mesma, como por exemplo, medio sem a

utilizao de fita reflexiva na parede do tanque. Este consiste em mapear as

coordenadas das paredes do tanque para obteno de suas dimenses atravs do

tratamento/processamento dos dados resultantes das medies. Para tal, foram

utilizados 4 pontos de medio distribudos ao redor do tanque, conforme ilustrado

na Figura 24.

Figura 24 Esquemtico do sistema utilizado para medio

As coordenadas foram tomadas sempre no centro das chapas dos anis,

para que fosse possvel traar uma circunferncia para cada uma dessas sees

e, consequentemente, obter o melhor raio para as mesmas. O equipamento

utilizado possui memria interna para gravao dos pontos medidos, permitindo a

nomeao dos mesmos para facilitar posterior interpretao dos mesmos. Assim,

os pontos foram nomeados da seguinte forma:

Aps a realizao das medies, os pontos armazenados na memria do

equipamento foram transferidos para o computador via conexo serial (RS 232), e

podem ser visualizados na Tabela 2 (coordenadas dos pontos nas paredes dos

anis do tanque) e na Tabela 3 (coordenadas dos pontos de medio estaes).

Tabela 2 Coordenadas obtidas nas medies dos cinco anis em campo

Tabela 3 Coordenadas nos pontos de medio (Estaes)

possvel plotar os dados das tabelas Tabela 2 e Tabela 3 num sistema

tridimensional para melhor visualizao. A Figura 25 apresenta ento o sistema de

medio, indicando, em escala reduzida, a posio das estaes utilizadas ao

redor do tanque bem como os pontos medidos no mesmo.

Figura 25 Visualizao de todo o sistema plotado em 3D

A partir das coordenadas de uma seo transversal dos anis do tanque,

possvel a obteno do raio e das coordenadas do centro da melhor

circunferncia de cada anel, calculada por uma rotina que utiliza o mtodo dos

mnimos quadrados.

As figuras Figura 26 a Figura 30 mostram graficamente os pontos medidos

(+) e a melhor circunferncia obtida por clculo para cada anel (1-5

respectivamente), bem como apresentam o melhor raio e as coordenadas do

centro dessas circunferncias (ambos em metros), obtidos pelo mtodo

supracitado.

Figura 26 1o Anel

Figura 27 2o Anel

Figura 28 3o Anel

Figura 29 4o Anel

Figura 30 5o Anel

A Tabela 4 apresenta uma comparao de valores entre os apresentados

no item 0 como nominais e os obtidos pelo mtodo em teste, apresentados nas

figuras Figura 26 a Figura 30.

Tabela 4 Comparao de resultados Trena x Coordenadas

Afim de verificar se alguns pontos por ventura estariam distorcendo os

resultados, ou seja, muito distantes da melhor circunferncia, foi utilizado um

mtodo para eliminao dos mesmos. Para tal, foi calculada a mdia das

distncias dos pontos ao centro da circunferncia bem como o desvio padro em

relao a essa mdia. Os pontos cujo mdulo da diferena ao centro maior que

duas vezes o desvio padro foram eliminados. Os dados obtidos desse

procedimento podem ser verificados na Tabela 5.

Tabela 5 Comparao dos resultados filtrados por Curva Gaussiana

TRIANGULAO PTICA EXTERNA (MTODO DAS TANGENTES).

Para este mtodo tambm foram utilizadas 4 estaes ao redor do tanque,

de acordo com a Figura 24. Este procedimento consiste na medio dos ngulos e

distncias, conforme apresentados na Figura 31,

Figura 31 - Distncias e ngulos medidos no primeiro anel do tanque Mtodo

das Tangentes

Para este experimento foram medidos apenas o 1 e o 2 anel do tanque, e

os resultados esto apresentados na Tabela 6.

Tabela 6 - Comparao de resultados Trena x Tangentes

5 CONCLUSES

Tendo em vista fatores como aplicabilidade em um s tanque e uma

tecnologia em fase de implantao no Brasil, pode-se classificar os resultados

obtidos no mnimo como satisfatrios, e considerar a experincia, que aos poucos

adquirida, servir para chegar ao nvel esperado com a maior preciso e

exatido possvel para este tipo de trabalho.

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