Problematiche relative alla stima dell incertezza del metodo UNI EN ISO :2013 e relative implicazioni sulle procedure di taratura della

Transcript

1 Problematiche relative alla stima dell incertezza del metodo UNI EN ISO :2013 e relative implicazioni sulle procedure di taratura della strumentazione

2 Strumentazione coinvolta nel metodo UNI EN :2013 Tubo di pitot Micromanometro differenziale Barometro Metro Analizzatore di Gas (Ossigeno, Biossido di carbonio) Bilancia (determinazione umidità) Ogni strumento deve essere tarato e riferibile alla catena metrologica primaria. Di seguito vengono esaminate le procedure di taratura dei primi 2 strumenti e viene verificata la loro influenza sul calcolo dell incertezza del metodo della velocità e portata.

3 Taratura del tubo di pitot secondo UNI Il metodo UNI dava dei requisiti dimensionali per i tubi di pitot (tipo L e tipo S) e nel caso fossero state rispettate le caratteristiche costruttive venivano fissati rispettivamente i fattori di taratura 1,00 ± 0,01 e 0,84 ± 0,01 Il metodo prevedeva una procedura di taratura (punto 5.1.3) qualora le caratteristiche costruttive dei tubi di pitot fossero diverse rispetto a quanto riportato in appendice A La procedura di taratura prevedeva di determinare il fattore di taratura ad una sola velocità compresa tra 14 e 16 m/s determinando 3 coppie di valori

4 Taratura del tubo di pitot secondo UNI TARATURA MODALITA Effettuare 1 serie di 3 letture di Δp per ciascun lato del tubo di Pitot in taratura accompagnate dalle relative misure di Δp del tubo di Pitot di riferimento. FREQUENZA CRITERI DI ACCETTABILITA biennale Ki K medio < 0,02 Klato1 Klato2 < 0,01 VERIFICA DI TARATURA Non prevista NEL CASO IN CUI SI FOSSERO DUBBI SULLO STATO DI TARATURA, EFFETTUARE UNA NUOVA TARATURA

5 Taratura del tubo di pitot secondo UNI Rapporto di taratura tubo di pitot secondo UNI 10169

6 Taratura del tubo di pitot secondo UNI EN :2013

7 Taratura del tubo di pitot secondo UNI EN :2013

8 Taratura del tubo di pitot secondo UNI EN :2013 Considerando un numero di tubi da tarare abbastanza elevato (>30) si è scartata l ipotesi di una taratura esterna Abbiamo modificato il tunnel del vento che avevamo costruito per tarare i tubi secondo la UNI (a velocità costante) per avere la possibilità di effettuare delle tarature secondo la UNI

9 Taratura del tubo di pitot secondo UNI EN :2013 L attuale tunnel del vento ha le seguenti dimensioni: Diametro 0,2 m Lunghezza 5,2 metri Provvisto di un ventilatore a velocità variabile Provvisto di raddrizzatore di flusso costruito secondo le indicazioni del metodo 10169:2001 Diametri idraulici prima/dopo la sezione di misurazione > 5

10 Taratura del tubo di pitot secondo UNI EN :2013 TARATURA MODALITA Effettuare 5 serie di 3 letture di Δp per ciascun lato del tubo di Pitot in taratura accompagnate dalle relative misure di Δp del tubo di Pitot di riferimento. Distribuire le prove in modo tale da coprire tutto l intervallo di taratura valido. FREQUENZA CRITERI DI ACCETTABILITA Alla messa in servizio Ki K medio < 0,02 Klato1 Klato2 < 0,01 Uc < 0,04 VERIFICA DI TARATURA Non prevista NEL CASO IN CUI SI FOSSERO DUBBI SULLO STATO DI TARATURA, EFFETTUARE UNA NUOVA TARATURA

11 Esempio di RT parte 1

12 Esempio di RT parte 2

13 Procedura di taratura Micromanometri Gli interventi eseguiti sulla procedura hanno richiesto dei chiarimenti/approfondimenti per quanto riguarda: la frase «the resolution of the electronicaly pressure reading device shall be at least 2 decimal places per Pascal» l errore riportato in tabella 4 che richiede un incertezza di taratura inferiore all 1% del valore misurato

14 Procedura di taratura Micromanometri E stato fatto un esame dei costi/benefici per valutare se passare completamente all utilizzo dei micromanometri digitali oppure continuare con quelli analogici Vantaggi: basso costo e ridotta manutenzione Svantaggi: poca tracciabilità dei dati, la lettura dei dati è a volte difficoltosa, non si riesce ad effettuare una misura di lunga durata, ogni tecnico è provvisto di almeno 3 micromanometri a varie scale quindi numero elevato di strumenti da gestire (tarature, verifiche intermedie ecc) Gli svantaggi nel continuare con l uso dei micromanometri analogici erano superiori ai vantaggi, per cui gli analogici sono stati dismessi a favore dei digitali

15 Gestione di un apparecchiatura «complessa» Nella nostra scelta di effettuare le misurazioni con strumentazione digitale abbiamo dovuto affrontare il problema della taratura. Taratura interna o esterna? Visto il numero di strumenti da tarare abbiamo preferito tarare internamente gli strumenti, avendo a disposizione i primari per ogni sensore utilizzato

16 Specifiche sensori presenti nello strumento da noi utilizzato Lo strumento è «scomposto» nei suoi sensori e viene eseguita la taratura interna con campione di riferimento di ognuno di essi.

17 Procedura di taratura Micromanometri QUALIFICA MODALITA Effettuare 2 serie di 12 letture di Δp a due livelli di pressione differenti per micromanometro in taratura e micromanometro primario. FREQUENZA CRITERI DI ACCETTABILITA biennale Uc < 10 Pa per micromanometri con FS < 100 Pa Uc < 15Pa per micromanometri con FS > 100 Pa R% ±2% nessuna correzione < ±2 R% ±5 correzione pressione R% > ±5% micromanometro fuori taratura VERIFICA DI TARATURA MODALITA FREQUENZA CRITERI DI ACCETTABILITA Effettuare 1 serie di 3 letture di Δp per micromanometro da verificare e micromanometro primario. La verifica di taratura deve essere eseguita con un campione di riferimento di classe superiore, che abbia un incertezza estesa (Uc) inferiore a quella del micromanometro sottoposto a verifica. mensile R% ±2%

18 Procedura di taratura Micromanometri

19 Validazione del metodo Tra gli aspetti esaminati durante la validazione del metodo, per garantire la corretta applicazione dello stesso, sono state verificate le performance della strumentazione in nostro possesso determinando per diverse coppie micromanometro/pitot l errore di linearità e lo scarto tipo di ripetibilità per prove ripetute. Le prove hanno dimostrato che non è necessario mantenere fisse le coppie micromanometro/pitot e che la linearità è sempre rispettata per la tecnica di misura mediante pitot di tipo S. LOD e LOQ sono stati determinati mediante prove ripetute (30) a bassi valori di velocità. I dati ottenuti sono in accordo con il metodo (LOD 1,5 Pa LOQ 5 Pa)

20 Calcolo dell incertezza di misura Sono stati seguiti 2 metodi nel calcolo dell incertezza: - Approccio metrologico - Approccio secondo ISO Abbiamo eseguito una serie di prove su 3 impianti: 1) Termovalorizzatore RSU 2) Raffineria 3) Tunnel del vento LabAnalysis Sui primi 2 abbiamo eseguito le prove in doppio per utilizzare il metodo ISO per il calcolo di Uc

21 Metrologico I calcoli sulla velocità sono stati effettuati utilizzando un foglio di calcolo secondo predisposto secondo l Annex F del metodo. Le incertezze sono state calcolate introducendo dapprima i criteri di accettabilità derivanti dalle nostre procedure di taratura a livelli significativi, in un secondo momento sono stati introdotti i valori reali della strumentazione a disposizione al momento delle prove per poter effettuare un confronto con i dati ricavati secondo la norma UNI EN ISO 20988:2007

22 Metrologico Prova 1 - Impianto 1 termovalorizzatore di RSU velocità media circa 20 m/s Condizioni durante le prove: Parametro Misura Errore max ammesso Riferimento K tubo di pitot 0,849 0,04 Procedura taratura interna diametro 2,45 m 2% Procedura taratura interna temperatura del gas 436,7 K 1 K Procedura taratura interna pressione atmosferica Pa 300 Pa, unità di formato 50 Pa Procedura taratura interna ossigeno 9,7 % 6% relativo (K=2) U N I E N I S O 14689:2006 biossido di carbonio 9,1 % 10% relativo (K=2) EPA 3A umidità 13,5 % 20% relativo (K=2) U N I E N I S O 14790:2006 pressione differenziale media 187,7 Pa 15 Pa Procedura taratura interna pressione statica media -232 Pa 15 Pa Procedura taratura interna massa molecolare media 0,02825 Kg/mol N/A densità del gas 0,76 Kg/m3 0,05 Kg/m3 Criterio accettabilità della norma velocità media 18,78 m/s

23 Metrologico Prova 2 - Impianto 2 Raffineria velocità media circa 8 m/s Condizioni durante le prove: Parametro Misura Errore max ammesso Riferimento K tubo di pitot 0,849 0,04 Procedura taratura interna diametro 1,00 m 2% Procedura taratura interna temperatura del gas 326,1 K 1 K Procedura taratura interna pressione atmosferica Pa 300 Pa, unità di formato 50 Pa Procedura taratura interna ossigeno 11,9 % 6% relativo (K=2) U N I E N I S O 14689:2006 biossido di carbonio 6,2 % 10% relativo (K=2) EPA 3A umidità 8,4 % 20% relativo (K=2) U N I E N I S O 14790:2006 pressione differenziale media 50,4 Pa 10 Pa Procedura taratura interna pressione statica media -10 Pa 10 Pa Procedura taratura interna massa molecolare media 0,02851 Kg/mol N/A densità del gas 1,04 Kg/m3 0,05 Kg/m3 Criterio accettabilità della norma velocità media 8,34 m/s

24 Metrologico Prova 3 - Impianto 3 Tunnel del vento LabAnalysis velocità media circa 3 m/s Condizioni durante le prove: Parametro Misura Errore max ammesso Riferimento K tubo di pitot 0,849 0,04 Procedura taratura interna diametro 0,2 m 2% Procedura taratura interna temperatura del gas 281 K 1 K Procedura taratura interna pressione atmosferica Pa 300 Pa, unità di formato 50 Pa Procedura taratura interna ossigeno 21 % 6% relativo (K=2) UNI EN ISO 14689:2006 biossido di carbonio 0,1 % 10% relativo (K=2) EPA 3A umidità 0 % 20% relativo (K=2) UNI EN ISO 14790:2006 pressione differenziale media 5,6 Pa 10 Pa Procedura taratura interna pressione statica media -10 Pa 10 Pa Procedura taratura interna massa molecolare media 0,02885 Kg/mol N/A densità del gas 1,23 Kg/m3 0,05 Kg/m3 Criterio accettabilità della norma velocità media 2,57 m/s Le prove nel tunnel del vento sono state eseguite anche a velocità di 5, 10 e 30 m/s

25 Risultati Sono state calcolate le incertezze estese sia utilizzando il criterio di accettabilità delle procedure di taratura della nostra strumentazione, che quelle con i dati effettivi strumentali ricavati dai certificati di taratura di ogni strumento utilizzato Parametro Impianto 1 Impianto 2 Impianto 3 Impianto 3 Impianto 3 Impianto 3 Velocità media (m/s) 18,78 8,34 2,57 4,95 10,32 29,52 Incertezza estesa (crit. acc.) 1,97 1,14 2,30 1,28 1,13 2,81 Incertezza estesa relativa (crit. acc.) 10,5 % 13,7 % 89,5 % 25,5 % 10,9 % 9,5 % Parametro Impianto 1 Impianto 2 Impianto 3 Impianto 3 Impianto 3 Impianto 3 Velocità media (m/s) 18,78 8,34 2,57 4,95 10,32 29,52 Incertezza estesa (dati strum.) 0,78 0,33 0,51 0,32 0,37 1,00 Incertezza estesa relativa (dati strum.) 4,2 % 4,0 % 20,4 % 6,5 % 5,8 % 3,4 %

26 Calcolo incertezza secondo ISO Sono state eseguite 2 serie di campionamenti presso 2 impianti (Termovalorizzatore e Raffineria) da 2 squadre di tecnici I dati sono stati trattati secondo la norma ISO Approccio A6 U c =K u rip 2 + u bias 2 + u drift 2

27 Inceneritore RSU Dati ottenuti: Coppia di dati Velocità media Velocità media m/s m/s 1 18,78 19, ,73 18, ,80 19, ,28 18, ,60 17, ,56 17, ,77 18, ,85 17, ,41 19, ,90 20, ,50 20, ,28 19, ,36 19, ,58 19, ,95 19, ,47 19, ,75 18, ,99 19, ,66 19, ,24 18,84

28 Inceneritore RSU Dati ottenuti: Intervallo 2 velocità media 18,9 m/s Numero di coppie 20 Media (m/s) 18,95 Scarto tipo di ripetibilità (m/ 0,33 s) Bias (m/s) -0,16 0,23 bias 2 / var(y) 2 Uestesa K=2 (m/s) 0,66 Velocità min-max 17,2-20,1

29 Raffineria Dati ottenuti: Coppia di dati Velocità media Velocità media m/s m/s 1 8,34 8,62 2 8,34 8,70 3 8,34 8,22 4 8,32 8,11 5 8,98 8,36 6 8,43 8,77 7 8,45 8,74 8 8,44 8,68 9 8,99 8, ,57 8, ,70 9, ,02 8, ,66 8, ,48 9, ,03 9, ,98 9,17

30 Raffineria Dati ottenuti: Intervallo 1 velocità media 8,5 m/s Numero di coppie 16 Media (m/s) 8,66 Scarto tipo di ripetibilità (m/ 0,24 s) Bias (m/s) -0,07 0,08 bias 2 / var(y) 2 Uestesa K=2 (m/s) 0,48 Velocità min-max 8,1-9,2

31 Confronto dati ottenuti Metrologico/ ISO Impianto Valore medio Uc metrologico dati strum. (m/ s) Uc metrologico criteri acc. (m/s) Uc ISO A6 (m/s) Inceneritore RSU 18,8 0,78 1,97 0,66 Raffineria 8,50 0,33 1,14 0,48 Ottimo accordo tra i dati ottenuti utilizzando entrambi i metodi (dati strumentali e ISO 20988) I dati ottenuti applicando i criteri di accettabilità delle procedure di taratura sono sensibilmente più alti I contributi maggiori sono dovuti ai micromanometri ed al tubo di pitot tenendo monitorati (carte di controllo) i risultati delle tarature effettuate sarà possibile restringere i criteri di accettabilità

32 Grazie per l attenzione!