Túneis de Vento de Calibração de Anemómetros: ISO 17025 e MEASNET

A maioria dos túneis de vento são instalações de teste: o modelo é o sujeito e o túnel é o ambiente. Um túnel de calibração inverte essa relação. Aqui, o túnel é o instrumento, e o objeto no escoamento é o que está a ser avaliado em relação a ele.

Essa inversão muda tudo na forma como a instalação é especificada. Ninguém exige de um túnel de calibração uma velocidade impressionante ou uma secção de ensaio de grandes dimensões. O que se exige é uma velocidade do vento de referência que possa ser defendida, com um orçamento de incerteza, perante um organismo de acreditação.

1. O que as normas realmente exigem

Para o setor da energia eólica — o maior impulsionador isolado da procura por calibração de anemómetros — os documentos operacionais são a IEC 61400-12-1 e o MEASNET Anemometer Calibration Procedure . A atual Versão 3 (dezembro de 2020) aplica o Anexo F da IEC 61400-12-1, Edição 2 (2017); as versões anteriores do procedimento seguiam a edição de 2005, pelo que vale a pena confirmar a que revisão um determinado laboratório ou cliente se está a referir antes de atestar a conformidade.

Dois requisitos de qualidade do escoamento estão no centro disto:

Intensidade de turbulência axial inferior a 2% na posição do anemómetro.
Uniformidade do escoamento de 0,2% em toda a área abrangida pelo anemómetro.

Paralelamente, espera-se que o próprio laboratório opere sob a acreditação ISO/IEC 17025 para as grandezas relevantes, sendo a acreditação nacional (por exemplo, DAkkS na Alemanha) e a adesão à MEASNET a via para obter calibrações reconhecidas. A comparabilidade é verificada através de exercícios round robin (ensaios de proficiência) entre institutos, onde é exigido um valor médio de conformidade de 1% ou superior.

Repare na natureza destes números: são rigorosos, mas não são os valores de turbulência inferiores a 0,1% citados para a investigação aerodinâmica de baixa turbulência. Um túnel de calibração é otimizado para estabilidade e rastreabilidade, e não para a menor turbulência alcançável.

2. Por que razão estes números são mais difíceis do que parecem

O instrumento bloqueia a sua própria referência. Um anemómetro de copo numa secção de ensaio pequena não é uma obstrução negligenciável. O tamanho da secção deve ser escolhido de modo a que o bloqueio permaneça dentro dos limites do procedimento para os instrumentos que se pretende calibrar — razão pela qual a ideia de "vamos apenas usar um túnel pequeno" falha logo na primeira revisão de acreditação.

A velocidade de referência deve ser rastreável. A velocidade é derivada, não observada: a partir da pressão diferencial, da densidade do ar e, consequentemente, de instrumentação calibrada de pressão, temperatura e humidade, cada uma com a sua própria cadeia de rastreabilidade e contribuição para o orçamento de incerteza.

A estabilidade importa mais do que a amplitude. Os pontos de calibração situam-se tipicamente numa faixa de velocidade modesta, e cada ponto deve manter-se estável o tempo suficiente para a obtenção de médias. Um controlo de velocidade preciso e repetível na extremidade inferior é um problema de engenharia mais difícil do que atingir uma velocidade máxima elevada.

A uniformidade é medida, não presumida. O valor de 0,2% aplica-se a toda a área que o anemómetro ocupa, o que significa que a secção tem de ser mapeada e esse mapeamento mantido.

O edifício faz parte da incerteza. A estabilidade da temperatura do laboratório, a medição barométrica e até mesmo a movimentação de pessoal afetam os resultados a este nível.

3. Consequências no projeto

Um túnel de calibração é uma máquina pequena construída com tolerâncias de grau de instrumentação:

Elevado rácio de contração com colmeia (honeycomb) e múltiplas telas de condicionamento (screens), dimensionado para fornecer a intensidade de turbulência e a uniformidade do escoamento exigidas no plano de medição.
Secção dimensionada para conformidade de bloqueio com a família de instrumentos, e não para o maior sensor imaginável.
Uma montagem definida e repetível para o dispositivo em teste, com geometria fixa em relação à sonda de referência.
Instrumentação de referência integrada no projeto — pressão, temperatura, humidade — com intervalos de calibração e rastreabilidade planeados desde o início.
Acionamento e controlo ajustados para estabilidade a baixa velocidade, incluindo a rapidez com que o túnel estabiliza após uma alteração do ponto de ajuste (set point).
Controlo ambiental da sala , não apenas do escoamento.
Automação e tratamento de dados que produzem um certificado com uma declaração de incerteza, porque a capacidade de processamento (throughput) determina se o laboratório é um negócio ou um passatempo.

4. O caso de negócio

Os volumes de pesquisa para este tópico são pequenos; a intenção de compra é quase absoluta. Promotores de parques eólicos, institutos de medição independentes e fabricantes (OEMs) de turbinas necessitam de anemometria calibrada, a recalibração é periódica em vez de pontual, e a acreditação cria uma posição defensável: um laboratório acreditado numa região que não possua nenhum capta o trabalho que atualmente viaja para o estrangeiro.

A mesma instalação serve habitualmente uma população de sensores mais vasta do que apenas anemómetros de copo — anemómetros ultrassónicos, tubos de Pitot, sensores de caudal, instrumentação AVAC e de processo — desde que a secção, o conceito de montagem e o orçamento de incerteza tenham sido projetados com isso em mente.

5. O que especificar ao adquirir um

A acreditação que pretende obter e os procedimentos que deve satisfazer. Isto determina toda a especificação e não pode ser adicionado posteriormente.
As famílias de instrumentos a calibrar, com as suas dimensões — isto define o tamanho da secção através dos limites de bloqueio.
A amplitude de velocidade e a estabilidade exigida , incluindo o tempo de estabilização por ponto.
O orçamento de incerteza alvo , decomposto por contribuição.
Capacidade de processamento (throughput) , que orienta a automação, o design da montagem e a proporção do processo que é manual.
O plano round robin , porque a comparabilidade com institutos congéneres é o que faz com que valha a pena emitir os seus certificados.

6. Erros comuns

Comprar um túnel de uso geral e esperar acreditá-lo. A qualidade do escoamento num ponto é alcançável; a uniformidade documentada em toda a área do instrumento, com rastreabilidade, é uma decisão de projeto.
Tratar a incerteza como uma tarefa de pós-processamento. É um requisito de arquitetura.
Subdimensionar a secção. Os limites de bloqueio são implacáveis, e ampliar uma secção acabada não é uma modificação, é um novo túnel.
Ignorar o ambiente do laboratório. Um escoamento excelente numa sala instável produz resultados instáveis.
Planear apenas para anemómetros de copo. A combinação de sensores muda; o túnel não.

7. Especificar com confiança

Um túnel de calibração é uma máquina pequena, precisa e monótona que gera dinheiro durante décadas — desde que a sua especificação comece pela acreditação e trabalhe de forma inversa.

Projetamos e construímos túneis de calibração e de baixa turbulência exatamente em torno dessa lógica: primeiro a incerteza exigida, depois a qualidade do escoamento, a geometria e, por fim, o acionamento. Leitura relacionada:

improving flow quality

e o nosso

comparison of wind tunnel types

Diga-nos qual a acreditação e quais os instrumentos e devolveremos um conceito de secção, um alvo de qualidade do escoamento e uma estrutura de incerteza a partir da qual trabalhar.

Fontes e notas

MEASNET Anemometer Calibration Procedure, Versão 3 (dezembro de 2020), que declara aplicar o Anexo F da IEC 61400-12-1 Edição 2 (2017), com versões anteriores do procedimento (V1 1997, V2 2009) ligadas à edição de 2005: MEASNET Anemometer Calibration Procedure.
A intensidade de turbulência axial inferior a 2% na posição do anemómetro e a uniformidade do escoamento de 0,2% em toda a área abrangida pelo anemómetro refletem os valores utilizados na prática de calibração de energia eólica; o atual procedimento MEASNET remete o leitor para o texto da norma IEC 61400-12-1 Edição 2:2017 para as cláusulas exatas, que é um documento pago que não reproduzimos aqui. Confirme os limites numéricos atuais em relação a esse texto normativo antes de os incluir numa especificação.
Acreditação ISO/IEC 17025 e adesão à MEASNET como base para calibrações reconhecidas: Ammonit wind tunnel, DIN EN ISO/IEC 17025 and MEASNET, IDR-UPM anemometer calibration laboratory.
As orientações de projeto (dimensionamento da secção para bloqueio, instrumentação de referência, estabilidade a baixa velocidade, automação) são práticas de engenharia da TunnelTech.

Túneis de Vento de Calibração: Cumprir os Requisitos ISO/IEC 17025, IEC 61400-12-1 e MEASNET