BRPI1005605A2 - dispositivo para medir torque dinÂmico em eixos - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS. A presente invenção apresenta dispositivo para medir o torque em eixos, o qual se aplica de maneira especial para a medida do torque no eixo de saída (104) da caixa de redução de unidades de bombeamento mecânico de petrôleo. A presente invenção se apresenta em duas construções alternativas, a primeira, que faz a medida do torque diretamente no eixo de saída, e a segunda, que faz essa medida de uma forma indireta. Em sua primeira construção alternativa o dispositivo conta com uma unidade remota (11) e uma estação base (7). A unidade remota (11) tem espessura suficientemente pequena para permitir sua aplicação ao eixo de saída (104) da caixa de redução de diversos modelos de caixas de redução (103) de unidades de bombeamento mecânico de petrôleo. Na unidade remota (11), a intensidade do torque no eixo (104) é captada por meio de uma ponte de Wheatstone e transmitida, por ondas de rádio, para a estação base (7) que processa o sinal e o transforma em um valor de torque. Em uma segunda construção alternativa, o dispositivo contém um torquímetro (220) e pelo menos um sensor (219) de velocidade e posição da manivela, sendo esse sensor integrado ao torquímetro (220) por fios (218) ou rádio frequência O torquímetro (220) é instalado na linha de alimentação do motor (101) e utiliza a medida da potência entregue pelo motor para determinar o torque, com auxílio de um firmware.

Description

DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção está contida no campo técnico de medida de torque e se refere a um dispositivo para medir o torque em eixos, mais especificamente, no eixo de saída de caixas de redução, e de maneira especial, no eixo de saída de caixas de redução de unidades de bombeamento mecânico para extração de petróleo. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A extração de petróleo se dá por meio de poços perfurados da superfície até a formação subterrânea onde ele se acumula. No início da vida de um poço é comum que a pressão existente na formação seja suficiente para fazer com que o petróleo ascenda naturalmente até a superfície, mas, à medida que o petróleo vai sendo extraído, essa pressão diminui e torna-se necessário o uso de métodos artificiais para a elevação do petróleo.

Historicamente, o primeiro método de elevação artificial na indústria do petróleo foi o bombeamento mecânico, surgindo logo após o nascimento da indústria do petróleo. Sua importância se reflete no número de instalações existentes, que correspondem a 80% dos poços produtores, o que lhe dá a posição de método mais utilizado no mundo.

A opção preferencial pelo bombeamento mecânico está relacionada ao baixo custo com investimentos e manutenção, flexibilidade de vazão e profundidade, boa eficiência energética, a possibilidade de operar com fluidos de diferentes composições e viscosidades em uma larga faixa de temperaturas, a simplicidade de operação, manutenção e projeto de novas instalações. Em condições normais, pode ser utilizado até o fim da vida produtiva de um poço e a capacidade de bombeamento pode ser modificada, em função das mudanças de comportamento do poço. Além desses aspectos, esse método apresenta o menor custo de produção ao longo da vida produtiva do poço. Um projeto de elevação artificial pelo método de "bombeio mecânico" pode ser dividido em duas partes, os componentes de superfície, que se encontram na superfície, e os componentes de fundo, que se encontram instalados no interior do poço, abaixo da superfície. O componente principal das instalações de superfície é a unidade de bombeamento mecânico, doravante designada como UB. Uma construção típica dos componentes de superfície encontra-se ilustrada na Figura 1. O conjunto é acionado por um motor (101), geralmente elétrico, que transmite movimento para o eixo de entrada (102) por meio de correias (117) e de uma caixa de redução (103). A caixa de redução (103), por intermédio de um de um trem de engrenagens, reduz o número de rotações e aumenta o torque no seu eixo de saída (104). O eixo de saída

(104) da caixa de redução aciona uma manivela (105), fixada a ele. A manivela possui um ou mais contrapesos (106) para equilibrar o torque

devido à carga na coluna de hastes (não mostrada na figura). A manivela

(105), por sua vez, aciona a biela (118), à qual se encontra conectada por uma extremidade. A biela (118) por sua outra extremidade conecta-se através da viga equalizadora, a uma das extremidades da viga principal (119). A conexão entre a biela (118) e a viga principal (119) é feita por

meio de uma viga equalizadora (124). A viga principal (119) apóia-se em um mancai (120a) em um tripé (120), e gira em torno desse mancai (120a). A outra extremidade da viga principal (119) recebe a cabeça (121) da UB. A cabeça (121) da UB apresenta um perfil adequado, de modo a permitir que um cabresto (122), constituído por um cabo flexível, transmita a uma haste de bombeio, também conhecida como haste polida (107), um movimento alternado de subida e descida.

O motor (101), a caixa de redução (103) e o tripé (120) são rigidamente fixados ao solo, através de estruturas apropriadas.

A haste polida (107) ultrapassa a cabeça (123) do poço e é o elemento de ligação entre os componentes de superfície e os componentes de fundo (não mostrados na figura) da UB. Os componentes de fundo são a coluna de hastes e a bomba de fundo. A coluna de hastes transmite o movimento de subida e descida da haste polida (107) para uma a bomba de fundo que é a responsável por transmitir a energia das hastes para o fluido. A coluna de tubos é responsável pela condução do petróleo à superfície.

Um dos pontos críticos que pode causar danos à caixa de redução em uma UB é a ocorrência de excesso de torque no seu eixo de saída

(104). Isso se deve a uma grande variação do torque exigido pelos componentes de fundo para elevar o petróleo até a superfície durante um

ciclo de bombeamento, que se completa com um giro de 360° da manivela

(105). Durante este ciclo é normal que se obtenha uma máxima solicitação do motor (101) em uma determinada posição da manivela (105) até torque nulo, ou mesmo a ocorrência de um valor de torque negativo em outra

posição. A variação da carga é influenciada por vários fatores, tais como: a profundidade do poço, diâmetro da bomba, viscosidade do óleo que está sendo extraído, aceleração da coluna de hastes durante a subida e descida, o peso da coluna de fluido, a formação de depósitos de parafina na bomba e na tubulação de escoamento do óleo, entre outros. Alguns desses fatores, como, por exemplo, a formação de depósitos de parafina, variam ao longo do tempo podendo causar restrição ao fluxo e aumento do torque. Desta forma cria-se uma condição onde o torque exigido para elevar o petróleo até a superfície pode exceder a capacidade da caixa de redução (103), e causar dano. Como se pode depreender a partir do que foi acima explanado, o

acompanhamento da variação do valor do torque no eixo de saída (104) da caixa de redução é fundamental para evitar dano à UB e parada do bombeamento. A recuperação da caixa de redução da UB representa um prejuízo de monta, não só devido ao alto custo de reposição da caixa de redução, correspondente a cerca de 50% do custo de uma UB, como pelo tempo de parada da produção necessário para que se complete a substituição.

Em função do funcionamento de uma UB apresentar uma grande variação do torque durante um ciclo de bombeamento torna-se necessário medir esse torque várias vezes durante um ciclo, conforme é previsto na Norma da American Petroleum Institute (API) - Specification for Pumping Unit1 API Specification 11E1 17th edition, 1994. Como um ciclo de bombeamento varia geralmente entre 3 a 12 segundos, os dispositivos usados necessitam ter capacidade para fazer medidas de forma rápida e continuada.

TÉCNICA RELACIONADA

João Maria Araújo do Nascimento, em sua dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Brasil (2005), explana de forma abrangente os vários métodos para a modelagem do método de bombeamento mecânico, o qual permite, entre outros, o cálculo do torque no eixo de saída (104) da caixa de redução. O texto dessa dissertação é aqui incorporado por referência.

Dentre esses métodos, o mais usado é o preconizado pela American Petroleum Institute (API) - Specification for Pumping Unit1 API Specification 11E, 17th edition, 1994 - baseado nas dimensões da unidade de bombeamento mecânico, no posicionamento do contrapeso (106), no sinal proveniente de uma célula de carga e no valor angular da manivela (105) em relação a uma posição de referência. Usualmente, a célula de carga é posicionada entre o cabresto (122) e a haste polida (107) da UB.

Para o cálculo do torque segundo o método da API calcula-se um fator de torque baseado na geometria da UB e na posição da manivela (105), fornecida por meio de um sensor de posição / velocidade. Então se calcula o torque devido à carga na coluna de hastes baseado no fator de torque e no sinal da célula de carga. O torque líquido é obtido através da subtração do torque devido à carga na coluna de hastes e o torque devido ao contrapeso (106) às manivelas (105) e ao balanceamento estrutural. Este é calculado por meio do valor dos pesos de cada contrapeso (106), da posição do seu centro de gravidade em relação ao eixo do redutor, do valor dos pesos das manivelas (105) e do valor angular das manivelas.

Conforme é amplamente conhecido pelos técnicos da área, para as melhores condições de operação esse método possui uma incerteza de 10%. Porém, se verifica na prática que tal erro pode ser bem maior devido a problemas de descalibração da célula de carga e pelo acúmulo do erro no dimensionamento das partes constituintes de uma UB que influenciam no cálculo proposto pela API.

Na equação de determinação do torque no eixo de saída (104) da caixa de redução, não são levados em consideração: os efeitos inerciais da viga principal (119), do peso da viga principal (119), da viga equalizadora (124), da biela (118), da manivela (105), do contrapeso (106) e os atritos existentes nos mancais. Além disso, são dezesseis variáveis envolvidas no cálculo do torque, incluindo o peso de cada contrapeso (106), a distância do seu centro de massa para o eixo da manivela (105), assim como a massa da manivela (105). Cada uma dessas medidas possui o seu erro intrínseco e a propagação destes erros é refletida no cálculo final do torque.

Os demais métodos utilizados para a determinação do torque no eixo de saída da caixa de redução são mais ou menos similares ao método da API e, igualmente, apresentam uma incerteza elevada.

Com base nos métodos de modelagem acima citados, diversas alternativas têm sido propostas para a medida das cargas impostas aos vários componentes de uma UB, seja para aumentar a precisão das medidas, seja para simplificar a medição, ou ambas. Nos documentos de patente US 5,406,482 e US 5,589,633 se propõe o emprego de um acelerômetro instalado na haste polida. Os sinais gerados pelo acelerômetro são processados por um microcomputador de modo a determinar a aceleração, velocidade e posição da haste polida em cada instante. Como a aceleração, velocidade e posição da haste polida podem ser relacionadas ao torque no eixo de saída da caixa de redução e a carga na haste polida já é usualmente medida, um software instalado em um microcomputador permite determinar de que forma está variando o valor do torque no eixo de saída da caixa de redução. Mas, embora essas invenções simplifiquem o cálculo do torque, elas não conseguem reduzir significativamente as incertezas existentes.

No documento de patente US 5,425,623 é proposto o uso de um contator que permite monitorar o consumo e a polaridade do fluxo de potência do motor. Esses dados iniciais são alimentados em um processador que determina, a partir deles, diversos parâmetros da UB. São especialmente visados a obtenção de parâmetros que indiquem irregularidades no funcionamento da UB ou necessidade de manutenção. Embora no documento seja prevista a possibilidade de também acoplar outros sensores para obter dados específicos, nenhuma referência é feita à questão do torque no eixo de saída da caixa de redução. No documento de patente US 6,176,682 é descrito um sensor de

posição instalado na viga principal, cuja construção permite que ele se autocalibre, permanentemente. É previsto que o sensor trabalhe em conjunto com um dinamômetro instalado na viga principal ou na haste polida enviando sinais a um processador que calcula os vários parâmetros operacionais. Embora apresente uma solução interessante para a determinação da posição da viga principal, nesse documento não se discute a imprecisão nos parâmetros calculados em função de outros problemas.

No documento de patente US 2004/062657 é proposto usar a medida instantânea da tensão e da corrente do motor. Essa medida é enviada a um processador, o qual, através de um software específico baseado no método API, calcula o torque no eixo de saída da caixa de redução, bem como outros valores de interesse. Embora simplifique procedimentos, essa alternativa também não consegue eliminar os erros inerentes ao método.

Um outro aspecto a ser considerado é que, à primeira vista, pareceria que uma solução lógica para a medida do torque no eixo de saída da caixa de redução de uma UB seria pela utilização de torquímetros dinâmicos equipados com extensômetros de resistência elétrica acoplados diretamente no eixo de saída da caixa de redução como elemento sensor. As técnicas utilizadas até o momento, porém, não têm se mostrado operacionalmente viáveis devido ao espaço no eixo de saída da caixa de redução entre a manivela e a carcaça da caixa de redução ser muito pequeno, insuficiente para permitir a montagem de torquímetros da forma convencional. Nos meios técnicos, o extensômetro de resistência elétrica usualmente é referenciado por seu nome em inglês, strain gage ou strain gauge.

Além disso, em todos os eixos onde se aplica torquímetros dinâmicos há o problema da transferência de dados entre o torquímetro e o equipamento que faz a conversão dos dados em valores de torque.

Atualmente o estudo de torquímetros dinâmicos está concentrado basicamente em permitir uma transferência de dados que minimize os ruídos devido à rotação, que tenha alta resolução, que seja resistente aos agentes do ambiente e que tenham o maior tempo de vida possível. O método por anéis deslizantes é o mais comum para a alimentação

e transferência de dados em torquímetros dinâmicos. Ele consiste basicamente em um jogo de anéis condutores acoplados ao eixo e uma série de escovas estacionárias que contatam os anéis captando a informação e alimentando o circuito. A abrasão dos anéis deslizantes é um grande problema observado neste método, diminuindo a precisão do instrumento. Devido ao ruído causado pelo atrito entre a escova e os anéis em aplicações acima de 10.000 rpm exige-se um extremo cuidado devido aos problemas causados por aquecimento e vibração, apesar de ser operado com sucesso em até de 100.000 rpm aproximadamente.

O método por transformadores rotativos foi desenvolvido para evitar os inconvenientes causados pelos anéis deslizantes. Eliminando as escovas e os anéis evita-se o desgaste do material, além de eliminar os torques parasitas provenientes do atrito. Entretanto, a necessidade de rolamentos e a fragilidade do núcleo dos transformadores não aumentam de forma significativa velocidade máxima de rotação no eixo, além do sistema ficar susceptível a ruídos e erros causados pelo alinhamento entre as bobinas primárias e secundárias do transformador. O sistema torna-se mais caro, em relação ao de anéis deslizantes, em vista da necessidade de um condicionador de sinais especializado para produzir um sinal confiável na aquisição de dados.

O método de transmissão de sinais por luz infravermelha utiliza um transformador rotativo para fornecer energia demandada pela ponte de extensômetros. Um conversor A/D (analógico / digital) presente no eixo transmite seu sinal infravermelho do eixo girante para os diodos estacionários. Este método, como utiliza tecnologia "wireless", também evita os fenômenos indesejáveis causados pelo atrito e desgaste dos conectores, além de possibilitar um sinal de uma relação sinal / ruído muito baixa devido à utilização de transmissão digital da informação. O método de instrumentação por rádio freqüência tem se tornado

bastante popular, principalmente devido aos estudos na área de transdução eletrônica, permitindo a transmissão de sinais de relação sinal / ruído muito baixa. Uma fonte de potência por indução é usada para alimentação do circuito e transmissão dos sinais. Essa fonte contém um oscilador que trabalha a altas freqüências cujo sinal é alimentado por amplificadores de corrente. Estes amplificadores impulsionam um circuito transformador/capacitor ressonante através da antena estacionária. O oscilador é acoplado a uma antena circular fixa no eixo rotacional, que transmite o sinal em rádio freqüência para uma antena estacionária. Esse sinal é filtrado na faixa de freqüência do oscilador e permite a leitura do sinal através de um micro controlador e um display, por exemplo.

Este método, assim como o infravermelho, elimina os ruídos causados pelo sistema de transformadores rotativos e anéis deslizantes, além de permitir uma instalação simples e mais barata em comparação ao infravermelho. Porém tem sua aplicação limitada devido à inconveniência de troca de baterias, o posicionamento da fonte de potência por indução e, em alguns casos, ao ruído causado por vibrações no eixo.

Dessa forma, um objetivo da presente invenção é apresentar uma alternativa que permita a determinação do valor do torque no eixo de saída de uma caixa de redução de uma forma mais simples e com maior precisão, com maior confiabilidade e que possa prevenir quebras da caixa de redução.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção se apresenta em duas construções alternativas, a primeira, que faz a medida do torque diretamente no eixo de saída, e a segunda, que faz essa medida de uma forma indireta.

A primeira construção alternativa compreende um torquímetro dinâmico que contém uma unidade remota, que é afixada ao eixo, e uma estação base. A unidade remota mede o torque e envia um sinal por rádio freqüência para a estação base, que processa esse sinal e o converte em um valor de torque, o qual pode ser visualizado em um equipamento adequado, por exemplo, a tela de um monitor. Para isto, a unidade remota é provida dos seguintes componentes:

- uma ponte de Wheatstone captadora da intensidade de torque no eixo, dita ponte provida de um ou mais extensômetros de resistência elétrica fixados no eixo;

- um circuito de transdução eletrônica receptor da intensidade de torque, e amplificador, filtrador e disponibilizador de um sinal analógico;

- um módulo remoto transceptor do dito sinal analógico, onde o dito

sinal analógico é convertido em digital e modulado;

- uma antena transmissora por freqüência de rádio, do sinal modulado;

A unidade remota deve apresentar espessura pequena o suficiente para permitir sua aplicação ao eixo de saída da caixa de redução de diversos modelos de caixas de redução de UB's.

A unidade base é provida dos seguintes componentes:

- uma segunda antena, captadora do sinal transmitido pela antena transmissora;

- um módulo base transceptor disponibilizador de um sinal digital;

Este módulo, acoplado à dita segunda antena, é filtrador, em passa- faixa de banda estreita, do sinal captado pela segunda antena. A unidade base é provida ainda dos seguintes componentes:

- um codificador do sinal digital disponibilizado pelo módulo base transceptor (8), codificador este provido de terminais de saída de

um sinal de torque (10) gerado pelo dito codificador;

- uma interface de saída do sinal de torque (10), interface esta que recebe um sinal dos ditos terminais de saída do codificador (9)

Esta primeira construção alternativa pode compreender, ainda, uma abraçadeira e seladora flexível que acomoda os componentes da unidade remota, protegendo-os e fixando-os adequadamente ao eixo, e uma pequena unidade geradora que fornece continuamente a energia necessária ao funcionamento do sensor e transmissão do sinal.

O sistema proposto minimiza ou elimina várias das limitações apresentadas pelos torquímetros do estado da arte, com a vantagem de não precisar utilizar acoplamento através de flanges ou soquetes. A instalação é feita diretamente na superfície do eixo de interesse e calibrado ali mesmo, o que torna viável sua utilização para inúmeros tipos de aplicações.

A segunda construção alternativa utiliza a medida instantânea da

potência entregue pelo motor e sinais percebidos por um sensor de velocidade e posição da manivela como elementos para determinar o valor do torque no eixo de saída da caixa de redução em uma unidade de bombeamento mecânico (UB).

Para tanto, um torquímetro dinâmico é introduzido na linha de

alimentação do motor, para medir valores de tensão e corrente, e um sensor de velocidade e posição da manivela é instalado próximo ao eixo de saída da caixa de redução. Os dados coletados pelo torquímetro e pelo sensor de velocidade e posição da manivela são processados por um

firmware, calculando-se o valor do torque no eixo de saída da caixa de redução. Embora essa construção já permita obter resultados com uma precisão de medida bem superior àquela dos métodos conhecidos, a presente invenção prevê, ainda, a possibilidade de incluir sensores adicionais, de modo a aumentar a precisão da medida, e a possibilidade

de introduzir um controle de torque do motor. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 ilustra uma construção típica dos componentes de superfície de uma unidade de bombeamento mecânico do estado da técnica.

A Figura 2 mostra, esquematicamente, a montagem da unidade

remota e da estação base da primeira construção alternativa da presente invenção.

A Figura 3 mostra um diagrama de blocos da unidade remota da primeira construção alternativa.

A Figura 4 ilustra um diagrama de blocos de um módulo remoto transceptor ou de um módulo base transceptor da primeira construção alternativa.

A Figura 5 mostra uma vista lateral da abraçadeira e seladora flexível da primeira construção alternativa.

A Figura 6 mostra uma vista frontal da abraçadeira e seladora

flexível da primeira construção alternativa.

A Figura 7 ilustra a montagem do gerador eletromecânico da primeira construção alternativa ao eixo.

A Figura 8 ilustra o acoplamento entre o ímã em rotação e as bobinas da primeira construção alternativa.

A Figura 9 ilustra uma possível concretização para o torquímetro da segunda construção alternativa da presente invenção.

A Figura 10 apresenta um diagrama de blocos que resume a segunda construção alternativa da presente invenção. As Figuras 11 e 12 mostram resultados experimentais de calibração

do torquímetro da primeira construção alternativa. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Visando facilitar a compreensão do invento, sua descrição detalhada será feita com base nas figuras acima descritas, as quais são parte integrante do presente relatório.

Medida do torque diretamente no eixo de saída

Em sua primeira construção alternativa, a presente invenção embora tenha sido desenvolvida visando resolver um problema específico existente em eixos de saída da caixa de redução de unidades de bombeamento mecânico de petróleo, poderá ser aplicada à medição do torque em muitos outros tipos de eixo, como ficará evidente para os técnicos no assunto ao longo da descrição a seguir.

A Figura 2 mostra, esquematicamente, o funcionamento dessa primeira construção alternativa da presente invenção. Uma unidade remota (11), que é afixada a um eixo (1) para leitura do torque, gera um sinal que é transmitido para uma unidade base (7), a qual processa esse sinal e o disponibiliza em um protocolo compatível com o dispositivo indicador do valor do torque que esteja sendo usado. Na unidade remota (11), a intensidade do torque no eixo (1) é captada por meio de uma ponte de Wheatstone contendo um ou mais extensômetros de resistência elétrica

(2) fixados no eixo (1) e transferido para o circuito de transdução eletrônica

(3) que amplifica, filtra e disponibiliza o sinal analógico para o módulo remoto transceptor (4), onde o sinal é convertido em digital, modulado e transmitido através de uma antena (5) por freqüência de rádio (6). Em uma

estação base (7) o sinal é captado por uma segunda antena (5a) acoplada ao módulo base transceptor (8), que filtra o sinal em passa-faixa de banda estreita e é configurado para disponibilizar um sinal digital para um codificador (9), que, por sua vez, disponibilizará em seus terminais de saída um sinal para leitura do valor do torque (10). Esse sinal, de acordo com cada necessidade específica para sua utilização, pode ser analógico ou digital, protocolado ou não.

Os extensômetros de resistência elétrica (2) devem ser fixados ao eixo (1) conforme orientação contida em manuais, como, por exemplo, o "Strain Gage Bonding ManuaP' da Kyowa Electronic Instruments Co. LTD. A Figura 3 é uma representação esquemática da captação do sinal

analógico. O sinal captado pelo extensômetros de resistência elétrica, o qual possui amplitude muito baixa, devido à baixa potência de alimentação do circuito da ponte. O uso de um circuito amplificador diferencial logo na entrada do circuito, concomitante a outros amplificadores operacionais, permite um ganho na amplitude do sinal e um tratamento adequado do mesmo. A utilização de filtros na saída do circuito de amplificação fornece um sinal analógico limpo e praticamente sem ruído nos seus terminais de saída.

A Figura 4 ilustra sob a forma de diagrama de blocos um esquema que tanto pode representar um módulo remoto transceptor (4) como um módulo base transceptor (8) conforme ilustrado na Figura 2, os quais são formados basicamente por um micro controlador e um transceptor. No micro controlador os canais de entrada e de saída permitem alterar a sua configuração, além de possibilitar o seu monitoramento e controle a partir da estação base (7). No módulo remoto transceptor (4) é feito o protocolo de comunicação, onde são enviados pacotes contendo informações básicas de transmissão para a estação base (7). É no módulo remoto transceptor (4) que se dá processo de modulação digital e transmissão do sinal por freqüência de rádio (6), através de sinais pulsados. O módulo base transceptor (8), mostrado na Figura 2, deve

disponibilizar um sinal digital para um codificador (9) que disponibilizará um sinal codificado para um dispositivo que permitirá a leitura do torque (10).

A abraçadeira e seladora flexível (12) da Figura 5 (visão lateral) e da Figura 6 (visão frontal) é utilizada para acomodar os componentes da unidade remota (11). A abraçadeira e seladora flexível (12) é feita sob medida de acordo com o diâmetro do eixo (1) e a área disponível para instalação do extensômetro de resistência elétrica (2). Ela é projetada para que os componentes acomodados em seu interior sejam selados, protegendo-os de fenômenos meteorológicos e viabilizando a utilização do torquímetro dinâmico telemétrico nos ambientes mais agressivos. Ela deve ser feita de um material flexível, como, por exemplo, fibra de vidro, de modo a não interferir nos fenômenos de deformação do eixo (1). Materiais rígidos ou metálicos poderiam causar uma mudança indesejável nas propriedades de flexão e torção do eixo (1) ou, no caso dos metálicos, funcionar, também, como uma gaiola de Faraday, impedindo a emissão e recepção de sinais.

O modo usual de alimentar uma unidade remota (11) tem sido por meio de baterias. Isso cria o problema de ser necessário parar o equipamento em cujo eixo estava instalada uma unidade remota (11) para a troca da bateria toda vez que esta descarregava, ocasionando perdas de produção. Para contornar esse problema, foi desenvolvido um pequeno gerador eletromecânico (13), cujo tamanho e modo de acionamento permite que ele seja montado no eixo (1) em conjunto com a unidade remota (11), tornando o sistema auto-suficiente em energia.

A Figura 7 ilustra o gerador eletromecânico (13) utilizado para alimentação da unidade remota (11). A energia mecânica do eixo (1) em rotação é utilizada para gerar a eletricidade suficiente para alimentação da unidade remota (11). O gerador eletromecânico (13) tem um rotor (16) formado por ímãs de polaridade alternada, que possibilitam a formação de um fluxo magnético. Juntamente com a abraçadeira e seladora flexível

(12), o gerador eletromecânico (13) é fixado no eixo (1) onde a cabeça móvel (14), que contém um rotor (16) formado por ímãs, fica em contato com uma polia fixa (15). Então quando o eixo (1) gira, um ímã de vários

pólos é posto em rotação. A polia fixa (15) é presa em um suporte fixo (19) e abraça o eixo (1), sem tocá-lo.

A Figura 8 ilustra o acoplamento entre o ímã em rotação (16) e as bobinas (17) com núcleo de ferro que permitem a geração de energia. A mudança de sinal da força eletromotriz significa fisicamente que ela muda de polaridade, impulsionando uma corrente elétrica ora em um sentido, ora em sentido oposto. O sinal senoidal fornecido pelo gerador eletromecânico

(13) através dos seus terminais de tensão gerada (18) é retificado para fornecer um sinal contínuo para a unidade remota (11).

Pode ser necessário instalar uma engrenagem elevadora de rotação entre a cabeça móvel (14) e a polia fixa (15) para aumentar a rotação da cabeça móvel (14) nos casos em que a corrente e tensão gerada não sejam suficientes.

No caso de medições do torque estático ou em situações onde não seria possível a instalação do gerador eletromecânico (13), o torquímetro dinâmico da presente invenção, alternativamente, poderá ser alimentado por baterias ou uma outra fonte externa.

Assim, o torquímetro dinâmico telemétrico objeto da presente patente de invenção apresenta as seguintes vantagens, com relação ao estado da técnica:

- Dispensa o uso de flanges ou soquetes como os torquímetros

dinâmicos atuais.

- A instalação é feita diretamente na superfície do eixo necessitando um espaço muito pequeno (por exemplo, menor que dois centímetros).

-O uso de tecnologia sem fio, utilizando modulação digital,

praticamente elimina o ruído causado pelo acoplamento observado em outros torquímetros, como os que utilizam anéis deslizantes ou transformadores rotacionais.

- A abraçadeira e seladora flexível permitem uma proteção efetiva dos componentes eletrônicos presentes no eixo, viabilizando a

sua aplicação em ambientes agressivos e sob ação de agentes meteorológicos, o que não acontece nos transdutores de torque por infravermelho.

- O método de comunicação sem fio, utilizando transmissão digital da informação, entre o eixo girante e o ponto estacionário permite

aumentar drasticamente a velocidade de operação do torquímetro (cerca de 25.000 rpm), semelhante aos torquímetros ópticos, só que com um custo bem menor.

- A utilização de gerador eletromecânico e componentes eletrônicos de baixo consumo evitam a inconveniência da constante troca de

baterias observada na maioria dos torquímetros que utilizam fontes de potência por indução.

- A utilização de transceptores de médio alcance e transmissão digital da informação permitem uma recepção a médias distâncias

(aproximadamente 100 m), podendo aumentar o seu alcance para longas distâncias (aproximadamente 1500 m) utilizando repetidores apropriados, eliminando a necessidade de receptor estacionário rente ao eixo em rotação, observado nos torquímetros que utiliza fontes de potência por indução. - Maior imunidade a vibrações no eixo em rotação (maior que 50

kHz).

- Exatidão de até quatro vezes maior (0,5%) do valor de torque de fundo de escala, em relação ao estado da técnica (1% a 2%).

-Valor de torque de fundo de escala (261,3 kN.m) com custo drasticamente menor.

- Permite a calibração diretamente no local de aplicação, onde são observadas as características dinâmicas do sistema.

A primeira construção alternativa da presente invenção é a sua forma preferida e de melhor precisão. Contudo, mesmo com a grande redução na espessura da unidade remota que foi conseguida, tal espessura ainda não é suficientemente pequena para permitir a instalação em alguns tipos de UB's que ainda são utilizadas. Para esses casos, foi desenvolvida uma segunda construção alternativa, a qual será descrita a seguir. Embora não alcance o nível de precisão de medida do torque oferecido pela primeira construção alternativa essa segunda construção tem a vantagem de permitir executar algumas outras funções, como será mostrado à frente.

Considerando a construção de uma UB (veja Figura 1) é fácil constatar que o torque no eixo de saída (104) da caixa de redução é diretamente proporcional à potência instantânea fornecida pelo motor (101) subtraída das perdas nas correias (117) e na caixa de redução (103). Entretanto, a perda de potência nas correias (117) e na caixa de redução (103) pode ser estimada com bastante precisão através de dados estatísticos fornecidos pelos fabricantes das mesmas e por pesquisadores da área. Existem, também, dispositivos conhecidos do estado da técnica que permitem medir essas perdas diretamente.

Partindo dessa premissa, nessa segunda construção alternativa da presente invenção foi desenvolvido um torquímetro que tem a capacidade de medir as variações dos parâmetros elétricos do motor (101) com velocidade tal que proporciona obter um grande número de valores por ciclo de bombeamento, maior do que é exigido pelo método API. Conforme ilustrado na Figura 9, o torquímetro (220) é instalado na linha de alimentação do motor (101). Ao torquímetro (220) é agregado um firmware que, processando as variações dos parâmetros elétricos do motor (101) e os dados de perdas nas correias (117) e na caixa de redução (103), permite determinar o torque instantâneo no eixo de saída (104) da caixa de redução e sua variação ao longo de um ciclo de bombeamento, bem como acompanhar como está evoluindo esse variação ao longo do tempo. O firmware pode conter, ainda, elementos que permitem acionar alarmes em caso de variações anormais do torque ou controlar o torque do motor (101) em caso de riscos de quebra da caixa de redução (103).

Um firmware pode ser definido como o conjunto de instruções operacionais programadas diretamente no hardware de um equipamento eletrônico. É armazenado permanentemente num circuito integrado (chip) de memória de hardware, como uma ROM, PROM, EPROM ou ainda EEPROM e memória flash, no momento da fabricação do componente. A programação de um firmware em princípio é não-volátil (não perde seu conteúdo com o desligamento da eletricidade) e inalterável. Entretanto, quando presente na forma de PROM ou EPROM, o firmware pode ser atualizado.

O firmware carregado nessa segunda construção alternativa da presente invenção é similar ao que é carregado no módulo base transceptor (8) da primeira construção alternativa.

Complementa a segunda construção alternativa da presente invenção um sensor (219) de velocidade e posição da manivela, o qual é integrado ao torquímetro (220) por fios (218) ou por um transmissor de rádio freqüência. A inclusão do sensor (219) de velocidade e posição da manivela permite relacionar com precisão torque e posição da manivela (105), que são informações importantes para o balanceamento e outras ações que devem ser executadas para melhorar o funcionamento da UB1 como é bem conhecido entre os técnicos da área. O sensor (219) de velocidade e posição da manivela, preferentemente, deve ser instalado próximo ao eixo de saída (104) da caixa de redução, pois isso reduz interferências sobre ele causadas por vibrações e outros movimentos da UB.

O sensor (219) de velocidade e posição da manivela usado nesta invenção é selecionado entre os modelos já conhecidos do estado da técnica.

Torna-se evidente aos especialistas na matéria que esta segunda construção alternativa da presente invenção contempla, também, a possibilidade da instalação de outros sensores, como, por exemplo, sensores de velocidade no eixo do motor (101) e na entrada da caixa de redução (103), com o objetivo de aumentar a precisão com que o torque é medido. Tais sensores também devem ser integrados ao torquímetro (220), da mesma forma que o sensor (219) de velocidade e posição da manivela.

A operação do torquímetro da segunda construção alternativa da presente invenção compreende as seguintes etapas:

- sensores de tensão e de corrente elétrica do motor (101) medem os valores destas na entrada do motor;

- o sensor (219) de velocidade e posição da manivela mede a velocidade e posição da manivela;

- se presentes, outros sensores como, por exemplo, sensores de velocidade no eixo do motor (101) e na entrada da caixa de

redução (103) fazem as respectivas medidas; - os sinais provenientes dos sensores são transmitidos a um conversor analógico / digital (conversor A/D);

- os dados do conversor A/D são transmitidos ao processador de dados, onde está gravado o programa do firmware, que se

encarregará de fazer os cálculos para composição do torque no

eixo de saída (104) da caixa de redução;

- o processador de dados pode disponibilizar os valores calculados no padrão PWM (Pulse Width Modulation, ou em português, Modulação por Largura de Pulso), no padrão serial ou em outro

protocolo compatível com o dispositivo indicador do valor do

torque que esteja sendo usado;

- quando disponibilizado no padrão PWM a conversão digital / analógica se dá por intermédio de um circuito integrador que pode ser um circuito RC (resistor/capacitor) simples;

- por meio de um Ioop de corrente esse sinal analógico do valor do

torque é disponibilizado em um sinal no padrão 4 mA a 20 mA, que é um padrão amplamente utilizado na indústria.

Os dados básicos necessários ao firmware são os referentes à tensão e corrente do motor e à velocidade e posição da manivela (105).

Para os demais dados, quando não presentes, são carregadas no firmware as informações necessárias para fazer sua estimativa com bastante precisão. É o caso, por exemplo, das perdas nas correias (117) e na caixa de redução (103).

A Figura 10 ilustra uma possível concretização, em forma de

diagrama, para o torquímetro (220) da segunda construção alternativa da presente invenção. O torquímetro (220) é acondicionado em um receptáculo (210) de forma a resistir a choque e a intempéries, no interior do são dispostos:

- orifícios (217) de entrada e saída para passagem dos cabos (211)

do motor (101); - sensores de corrente (212), um para cada cabo (211), para fazer a leitura da corrente elétrica do motor (101);

- sensores de tensão (213), um para cada cabo (211), para fazer a leitura da tensão elétrica do motor (101);

- placa de conversão A/D e processamento de dados (PCADPD)

(215);

- fonte abaixadora de tensão (214) que recebe energia da rede local e alimenta os circuitos dos sensores de corrente (212) e a PCADPD (215);

- canais (216) de entrada e saída da PCADPD (215) que

contemplarão os sinais do sensor (219) de velocidade e posição da manivela, dos sensores auxiliares e dos canais de controle e interface com o usuário.

Cabe ressaltar que construções alternativas e de menor custo deste torquímetro (220), apresentado como segunda construção alternativa da presente invenção, para uso em situações onde menor precisão da medida do torque seja aceitável, também são possíveis e devem ser entendidas dentro do escopo da presente invenção. Por exemplo, pode-se usar apenas sensores de corrente (212) ou usar sensores de tensão (213) e de corrente (212) em apenas um cabo (211). Nessa situação, cabe ao firmware fazer a estimativa dos valores não medidos. O programa de computador desenvolvido para o firmware contém as instruções necessárias para fazer essas estimativas, como, por exemplo, estimar as tensões baseado no fator médio de potência do motor (101) no caso de não serem usados sensores de tensão (213).

Entre os objetivos do estudo do qual resultou a segunda construção alternativa da presente invenção estava o de desenvolver métodos que prevenissem a quebra da caixa de redução (103) e que permitissem a redução do consumo de energia da UB. Assim, o programa desenvolvido para o firmware previu, também, a possibilidade de realizar o controle de torque do motor (101) por meio do acoplamento de inversores de freqüência e de determinar o consumo de energia da UB. Caso se deseje implementar essas funções bastaria à instalação na PCADPD (215) de um firmware que disponha dos recursos necessários para processá-las.

Em relação ao estado da técnica, o sistema apresentado na

segunda construção alternativa da presente invenção apresenta as seguintes vantagens:

- O torquímetro desenvolvido tem a capacidade de medir as variações dos parâmetros elétricos com grande velocidade, o que

proporciona um grande número de valores por ciclo de

bombeamento.

- O cálculo do torque é corrigido para as diversas condições de solicitação a que é submetido o motor durante o ciclo completo de bombeamento.

-A sincronização do cálculo do torque com a posição angular da

manivela proporciona informação importante sobre o balanceamento e sobre as ações que devem ser executadas para melhorar o funcionamento.

- O sistema possui baixo ruído e precisão maior que o método

proposto pela API;

- O sistema é mais robusto e perfeitamente adaptável a qualquer unidade de bombeamento;

- O sistema possui custo menor;

- O sistema permite a determinação da eficiência da unidade de

bombeamento e, também, permite calcular o gasto energético

total da produção.

EXEMPLOS

Exemplo 1: Calibração de aplicação da primeira construção alternativa visando à medida do torque diretamente no eixo de saída.

Para calibração do torquímetro foi desenvolvida uma técnica que consiste em acoplar ao eixo (1), ao qual se deseje medir o torque dinâmico, uma hélice que permita a variação do torque através da inserção de pesos de referência em algum ponto da sua superfície e/ou variando a distância destes pesos com relação ao eixo (1) ao longo de sua superfície.

Assim, para cada valor de peso inserido tem-se uma tensão elétrica transmitida da unidade remota (11) para a estação base (7) equivalente, permitindo obter uma curva de calibração baseada nos valores de pico de torque. Em alguns casos, pode não se fazer necessária a adição de uma hélice, aproveitando uma estrutura existente para variar o torque da forma descrita acima.

A calibração é feita variando os pesos em uma das extremidades de uma hélice metálica acoplada ao eixo (1) em questão. Então para cada peso de referência posto em uma das extremidades da hélice põe-se o eixo (1) em rotação e verifica-se o torque de pico transmitido da unidade remota (11) para a unidade base (7) onde a leitura do torque (10) é feita através de programa computacional. Então, para cada valor de torque obtido através da multiplicação do peso de referência, posto na extremidade da pá, pela distância do centro do eixo (1) ao centro de massa do peso de referência, têm-se um sinal analógico (tensão elétrica) proporcional ao torque fornecido pelo torquímetro. Exemplo 2: Medida de torque estático.

Foi feita a leitura do torque estático em um eixo fixado em uma bancada. Por meio de uma pá metálica soldada ao eixo, foi fornecido um torque ao eixo utilizando um macaco hidráulico ao qual estava acoplado um instrumento de referência (anel dinamométrico). Foi aplicado ao eixo também o torquímetro dinâmico da presente invenção, cujas leituras eram exibidas em uma tela de computador através de programa em LABVIEW®.

O LABVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) é uma linguagem de programação gráfica de propriedade da National Instruments. Os principais campos de aplicação do LabView são a realização de medições e a automação. A programação é feita de acordo com o modelo de fluxo de dados, o que oferece a esta linguagem vantagens para a aquisição de dados e para a sua manipulação.

Foram aplicados diferentes valores de torque na pá metálica onde foram registrados os dados obtidos pelo anel dinamométrico e os obtidos na tela do computador.

A Tabela 1 relaciona o torque obtido através do anel dinamométrico, o torque fornecido pelo torquímetro dinâmico da presente invenção e o erro observado entre os dois. Com base nos resultados obtidos chega-se a um erro de linearidade de 0,54% (desvio padrão dos erros) e um erro de fundo de escala menor que 0,3% entre o valor do torque obtido através do anel dinamométrico e o valor transmitido da unidade remota para a unidade base.

TABELA 1 AV (mV) Torque - torquímetro de mola (N.m) Torque - torquímetro dinâmico (N.m) Erro 0,079102 0,906803 0,905446 -0,15% 0,105469 1,207528 1,207258 -0,02% 0,131836 1,508253 1,509069 0,05% 0,161133 1,842396 1,844419 0,11% 0,187500 2,143121 2,146231 0,15% 0,213837 2,443504 2,447699 0,17% 0,240234 2,744571 2,749854 0,19% 0,266602 3,045307 3,051677 0,21% 0,292969 3,346032 3,353488 0,22% 0,319336 3,646757 3,655300 0,23% 0,346103 3,952044 3,961690 0,24% 0,375000 4,281625 4,292461 0,25% 0,398437 4,548933 4,560734 0,26% 0,424805 4,849669 4,862557 0,27%

Exemplo 3: Ensaio de bancada - Medida do torque. O protótipo que simula o torque devido ao contrapeso de uma UB consiste em um motor de 550 W, com velocidade de rotação de 1680 rpm acoplado a uma caixa de redução que fornece uma rotação de saída em torno de 15 rpm (igual a uma UB do porte API 114).

Quando o motor é acionado, faz girar uma pá metálica que possui pesos de referência em sua extremidade. Assim, o torque devido ao peso de referência obedece à equação 1:

Tref = LPcos(B) (1)

Onde Tref é o torque de referência devido ao peso na extremidade da pá metálica da curva, P é o peso de referência posto na extremidade da pá e θ é o ângulo de rotação. A Tabela 2 apresenta os resultados do torque de referência obtido a

partir da Eq. (1) e do torque medido pelo torquímetro dinâmico, visualizado em uma tela de computador através de programa LABVIEW®.

A curva de calibração do torquímetro dinâmico foi obtida a partir da relação entre os valores de pico das senóides de tensão elétrica fornecida pelo torquímetro e o torque de referência obtido a partir da Eq. (1).

TABELA 2 AV (mV) Torque de referência (N.m) Torque - torquímetro (N.m) Erro 11,38151 12,53059 12,61566 0,67% 17,18151 18,99509 19,04458 0,26% 23,08151 25,57105 25,58435 0,05% 34,78151 38,61152 38,55304 -0,15% 43,58151 48,41974 48,30726 - 0,23% 49,48151 54,9957 54,84703 - 0,27% 67,06151 74,58984 74,33331 - 0,35%

Analisando os resultados chega-se um erro de linearidade, para valores baixos de torque, de 0,78 % (desvio padrão dos erros) e um erro máximo das medidas realizadas menor que 0,7%, com relação ao torque de referência dado pela Eq. (1).

Exemplo 4: Teste real em uma UB. O torquímetro desta primeira concretização da invenção foi aplicado em uma unidade de bombeamento mecânico de uma instalação de extração de petróleo. Para testar a confiabilidade e a reprodutibilidade das medições foram colados dois pares de extensômetros no eixo em posições diametralmente opostas, cada par fornecendo uma medida independente (T1 e T2). Assim, cada dupla de extensômetros fornece uma medida do torque, cuja relação entre as duas curvas servirão como um indicador da eficiência do método de calibração.

O gráfico da Figura 11 ilustra as duas curvas do torque obtidas na aplicação do instrumento na unidade de bombeamento. O coeficiente de correlação das duas curvas é 99,78% e o erro com relação à média é de 1,251%.

Os resultados mostram que a obtenção do torque via extensômetro apresentou uma curva que consegue captar inclusive a vibração no sentido de torque no eixo, o que é negligenciado pelo método da API.

Exemplo 5: Aplicação da segunda construção alternativa visando a medida de forma indireta.

Uma série de experimentos foi conduzida em um equipamento de laboratório simulando uma UB. Um torquímetro (220) construído conforme acima descrito foi instalado na rede de alimentação do motor (101) e um sensor (219) de velocidade e posição da manivela foi instalado na manivela (105), próximo ao eixo de saída (104) da caixa de redução. Os experimentos realizados mostraram que a presente invenção oferece um meio para medir o torque no eixo de saída (104) da caixa de redução com um erro menor ou igual a 3,5%, valor bem melhor ao que é conseguido pelos meios conhecidos do estado da técnica.

Embora o DISPOSITIVO E MÉTODO PARA MEDIR TORQUE EM EIXOS, com suas duas construções alternativas, que acaba de ser descrito com relação aos exemplos e aos desenhos anexados, retratem as formas de realização preferidas da invenção, compreender-se-á que diversas modificações poderão ser introduzidas sem se sair do âmbito de sua proteção, podendo alguns de elementos serem substituídos por outros com a mesma função técnica, em especial os materiais utilizados, suas dimensões, formas e proporções.

Claims (14)

1. DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS, caracterizado por em uma primeira concretização, compreender uma unidade remota (11) afixada a um eixo (1) unidade esta geradora de um sinal transmitido a uma unidade base (7) processadora e conversora do dito sinal em um valor de torção, dita unidade remota (11) sendo provida dos seguintes componentes: - uma ponte de Wheatstone captadora da intensidade de torque no eixo (1), dita ponte provida de um ou mais extensômetros de resistência elétrica (2) fixados no eixo (1); - um circuito de transdução eletrônica (3) receptor da intensidade de torque, circuito este amplificador, filtrador e disponibilizador de um sinal analógico; - um módulo remoto transceptor (4), transceptor do dito sinal analógico, onde o dito sinal analógico é convertido em digital e modulado; - uma antena (5) transmissora por freqüência de rádio (6), do sinal assim modulado; e dita unidade base (7) sendo provida dos seguintes componentes: - uma segunda antena (5a) captadora do sinal transmitido pela dita antena (5); - um módulo base transceptor (8) acoplado à dita segunda antena (5a); - módulo base transceptor (8) este filtrador, em passa-faixa de banda estreita, do sinal captado pela dita antena (5a), e módulo base transceptor (8) este disponibilizador de um sinal digital; - um codificador (9) do sinal digital disponibilizado pelo módulo base transceptor (8), codificador este provido de terminais de saída de um sinal de torque (10) gerado pelo dito codificador; - uma interface de saída do sinal de torque (10) que recebe um sinal dos ditos terminais de saída do codificador (9).

2.- DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o codificador (9) permitir gerar um sinal de saída que pode ser selecionado dentre analógico, digital, protocolado e não-protocolado, de acordo com a necessidade específica de cada aplicação.

3.- DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os componentes da unidade remota (11) serem acomodados dentro de uma abraçadeira e seladora flexível (12).

4.- DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a abraçadeira e seladora flexível (12) ser feita sob medida de acordo com o diâmetro do eixo (1) onde será aplicada, e com a área disponível para instalação da unidade remota (11), de modo que os componentes acomodados em seu interior sejam selados, ficando protegidos.

5.- DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a abraçadeira e seladora flexível (12) serem feitas de um material flexível.

6.- DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a unidade remota (11) ser alimentada por meio de um gerador eletromecânico (13), montado no eixo (1) em conjunto com dita unidade remota (11), cuja cabeça móvel (14), que contém um rotor (16) formado por ímãs de polaridade alternada, fica em contato com uma polia fixa (15) a qual é presa em um suporte fixo (19) e abraça o eixo (1), sem tocá-lo.

7.- DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por ser instalada uma engrenagem elevadora de rotação entre a cabeça móvel (14) e a polia fixa (15) para aumentar a rotação da cabeça móvel (14).

8. DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS, caracterizado por em uma segunda concretização, compreender um torquímetro (220) e, pelo menos, um sensor (219) de velocidade e de posição da manivela de uma unidade de bombeamento de petróleo integrado ao torquímetro (220) por meio de fios (218), onde dito torquímetro (220) está instalado na linha de alimentação de um motor (101) e contém os seguintes elementos: -sensor de corrente (212) em pelo menos um cabo (211) de alimentação para ler a corrente elétrica do motor (101); -sensor de tensão (213) em pelo menos um cabo (211) de alimentação para ler a tensão elétrica do motor (101); - placa de conversão A/D e processamento de dados (215), onde é carregado um firmware; - fonte abaixadora de tensão (214) que recebe energia da rede local e alimenta os circuitos dos sensores de corrente (212) e a placa de conversão A/D e processamento de dados (215); - canais (216) de entrada e saída de dados da placa de conversão A/D e processamento de dados (215).

9. DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o sensor (219) de velocidade e posição da manivela ser integrado ao torquímetro (220) por um transmissor de radiofreqüência.

10. DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o torquímetro (220) ter as tensões estimadas por programa de computador dedicado do firmware, baseado no fator de potência médio do motor (101).

11. DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o dito dispositivo ter acoplados inversores de freqüência para permitir o controle de torque do motor (101).

12. DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o dito dispositivo incluir outros sensores instalados em pontos escolhidos da unidade de bombeamento mecânico e integrados ao torquímetro (220).

13. DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS, conforme definido nas reivindicações 8 a 12, caracterizado por determinar o torque num eixo de saída (104) de caixa de redução por meio da medição da tensão e corrente de alimentação de um motor (101) de unidade de bombeamento mecânico e da medição da posição de uma manivela (105), cujos sinais são processados pelo firmware instalado no torquímetro (220).

14. DISPOSITIVO PARA MEDIR TORQUE DINÂMICO EM EIXOS, conforme as reivindicações 8 a 12, caracterizado por o programa desenvolvido para o firmware controlar o torque do motor (101) por meio do acoplamento de inversores de freqüência.