Sistemas de Medidas e Normalização

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Sistemas de Medidas e Normalização
Prof. Dr. João Candido Fernandes
UNESP - Câmpus de Bauru
Departamento de Engenharia Mecânica
I - SISTEMAS DE MEDIDAS - INTRODUÇÃO
	De acordo com o Ministério da Educação e Cultura (1978), pode-se definir normalização como : "processo de formular e aplicar normas para acesso sistemático a uma atividade específica, para beneficio e com a cooperação de todos os interessados, em particular para a promoção de uma economia ótima levando em consideração as exigências de condições funcionais de segurança".
	A normalização não é um processo estático, mas deve determinar as bases para o desenvolvimento presente, e acompanhar o futuro. É baseada nos resultados alcançados pela ciência, técnica e experiência. 
1. - HISTÓRICO
	Desde o início da civilização, a humanidade iniciou a regulamentação de seu relacionamento dentro de uma mesma comunidade, desta com a comunidade vizinha ou de um povo com o povo vizinho, por meio de determinados princípios. Essas normas de relacionamento são o embrião da normalização. 0 número destes princípios era (e é) teoricamente ilimitado. Cada homem podia possuir uma opinião própria sobre o que fosse de Direito ou Ilegal, sobre o fosse Bom ou Mal. Mas na prática, pouco uso se podia fazer com estas opiniões. Uma comunidade, na qual cada indivíduo decidisse, em cada caso, sobre o que é permitido ou proibido, seria praticamente inviável. Por este motivo se desenvolveu, automaticamente, uma elite dentro do grande número de opiniões. Do reconhecimento voluntário desta seleção de princípios uniformizados criou-se a possibilidade de um próspero convívio.
	A nossa fala se compõe de um conjunto de manifestações sonoras definidas, as quais têm, para cada um de nós, a mesma significação. Somente depois que a expressão sonora "sim" foi adotada, consciente ou inconscientemente, como correspondente à afirmação, tornou-se sua validade generalizada. Isto também é, por assim dizer, um procedimento de normalização, que no correr do tempo tornou-se cada vez mais conhecido e passou a dar nomes determinados aos objetos que seriam difíceis de serem distinguidos.
	Como as palavras, as letras e os números também são normas, a saber: formas de expressões gráficas uniformes, dentro dos limites de uma extensão territorial na qual têm a mesma significação.
2 - GRANDEZAS DO SISTEMA INTERNACIONAL
	Medir significa, de um modo geral, comparar uma grandeza desconhecida com uma outra uniforme e válida , da mesma espécie. Necessários para as relações econômicas e técnicas dos homens entre si, estes padrões de comparação são úteis tão somente na medida em que sejam utilizados de maneira generalizada e quando forem facilmente substituíveis.
	Conforme o Sistema Internacional de Medidas, SI (International Measurement System) são 4 as grandezas fundamentais : comprimento, massa, tempo e temperatura.
	2.1. - Medida de comprimento (metro)
	Quando as exigências quanto à exatidão das grandezas comparáveis ainda eram pequenas, foram elas tiradas da natureza. Velhos nomes de unidades de medida lembram o pé, o passo, a braça, a vara, a espessura do dedo, o palmo e assim por diante. Maiores distâncias entre localidades eram medidas em termos de viagens diárias, isto é como a distância que normalmente se pode percorrer entre o nascer e pôr do sol. Os romanos criaram a "milha", equivalente a 1000 passos duplos, 1479 metros. Na Bíblia aparecem as seguintes unidades: 5 séculos antes de Cristo o côvado antigo tinha 52,5 cm e o palmo, a metade. A vara valia 6 côvados antigos. No primeiro século de nossa era o côvado valia 45 cm, o palmo 22,5 cm, a mão 7,5 cm, e o dedo 1,8 cm. Também existiam a braça (1,85 cm), o estádio (185 m) e a légua (ou esqueno) que media 30 estádios.
	Como se pode notar, os habitantes de uma aldeia chegam a um acordo sobre estas medidas, mais facilmente do que os de um país grande. Isso sem levar em consideração que as diferenças individuais e raciais entre os habitantes dificultam um acordo sobre um sistema de medida em cada lugar e a cada tempo.
	O desejo de se ter uma certa independência entre as unidades de medida e as grandezas de comparação naturais, conduziu a novas regras de padronização.
	Na França, por exemplo, retirou-se a medida de comprimento “pé” da avaliação arbitrária. Passou a valer o pé real, isto é, o comprimento do pé de Carlos Magno. Em seguida, na Inglaterra, tornou-se padronizado o comprimento “vara” correspondente ao cetro de Henrique I.
	Com estas regras se esteve a um passo somente da fabricação de “bastões de medida normalizada” com materiais duráveis cujas propriedades dimensionais sejam cuidadosamente conservadas em palácios reais ou em igrejas.
	Como material para confecção de padrões de medida adotou-se em primeiro lugar a madeira, que se permitia trabalhar facilmente. Para maiores comprimentos, já no Egito, foram adotadas as cordas com nós colocados em determinadas posições; o novelo de linhas de medida é atribuído dos agrimensores. Menores padrões de medida eram em louça e mais tarde em bronze, ferro ou latão.
	Com o advento da máquina a vapor, em cuja época de nascimento se constrói também a indústria moderna, experimentaram o comércio e o tráfego um desenvolvimento jamais imaginado. Passo a passo são vencidos os obstáculos que estorvam a unificação do sistema de medida até a introdução de um sistema de medida internacional que se tornou o nosso sistema métrico corrente.
	Em 29 de novembro de 1800 foi introduzida na França a regulamentação do nosso sistema métrico. "Um dos maiores feitos da Revolução Francesa para a Europa e todo o mundo é a introdução do sistema métrico", escreve o químico americano S. French. Para exames e aferições permanentes de todos os padrões métricos em uso, construiu-se um padrão primário, para o qual se exigiu uma exatidão tão grande que considerasse um pequeno desvio de um milímetro como inadequado.
	No "Conservatoire des Arts et Métiers" de Paris, em 13 de maio de I874, foi fundida uma barra de 250 kg de peso de platina iridiada para elaboração dos padrões para o metro e o quilograma.
	Como a liga mostrasse impurezas, fundiu-se em Londres, uma liga mais pura, para construção de 30 barras de metro-padrão. Com esta liga também se preparou o antigo quilograma-padrão.
	Estes padrões de medidas internacionais foram conservados no Bureau Internacional para Pesos e Medidas de Paris. A maioria dos países adotou estes padrões e conservou cópias suficientes dos padrões de Paris. Este procedimento traz consigo, inicialmente, alguns incômodos, os quais são compensados pelas grandes vantagens da simplificação obtida em poucos anos.
	Com o avanço da tecnologia o grau de exatidão do International Meter Bar já não mais satisfazia. No 11º Congresso para Pesos e Medidas, de I4 de outubro de 1960, estabeleceu-se uma definição do metro: "0 metro é o comprimento igual a 1.650.763,73 comprimentos de onda, no vácuo, da radiação, correspondente à transição entre os níveis 2P10 e 5d5 do átomo de Criptômio 86”.
	Este procedimento é duzentas vezes mais preciso que o anteriormente adotado.
		2.2 - medida de tempo (segundo)
	A primeira referência de tempo do homem foi a posição do sol, durante o dia, que funcionava como um relógio simples, desde que ele não estivesse temporariamente encoberto por nuvens. A hora era estimada por meio do comprimento da sombra, e a duração do tempo através do aumento ou da diminuição desta sombra. Como anteparo para produzir sombra o homem utiliza a si mesmo ou a um toco de comprimento estipulado, como por exemplo no Egito, uma vara de aproximadamente 50 cm.
	Através de milênios o relógio de sol com suas inúmeras formas de execução, foi o medidor de tempo mais importante. Desde os obeliscos até os relógios de sol do estilo rococó, têm os homens usado relógios de sol para medir o tempo.
	Para o período da noite, usava-se na Babilônia ou no Egito antigo, o relógio de entrada e saída de água. Do nível correspondente de água lia-se o tempo.0 mais velho relógio de água a nós transmitido origina-se do tempo de Amenofis III, em 1400 antes de Cristo. No primeiro século de nossa era, o tempo já era medido em horas, a partir do nascer do sol. A Bíblia cita que Cristo morreu na nona hora, ou seja, por volta das 15:00 horas.
	Na Idade Média nasce o sucessor do relógio de água: o relógio de areia (ampulheta) que é mais fácil de ser transportado.
	Em 1250, Villard de Honnecourt faz a primeira experiência para construir um relógio de engrenagens. Primeiro nascem os relógios de peso, e do século XIV em diante os relógios de molas. Em 1510, Peter Henlein consegue reduzir o relógio para o formato de bolso.
	No início do século XIX emprega-se a eletricidade como propulsora de relógios.
	Em 1956, foi definido pelo Comite Internacional de Pesos e Medidas o segundo (s) como unidade fundamental de medida para uso científico. Seu valor è : 1/31.556.925,9747 do ano tropical. Essa definção dava ao segundo um erro de uma parte em 109, o que não satisfazia a necessidade dos astrônomos e meteorologiatas.
	Em 1964, foi redefinido o valor do segundo, que vale até hoje. Sua definição é: "0 segundo é a duração de 9.192.631.770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de Césio 133". A precisão desta nova definição é de um erro de uma parte em 1011.
		2.3 - Medida de massa
	Os túmulos do antigo Egito mostram as "balanças dos mortos" de braços iguais, para a pesagem dos pecados e das boas ações. Também as balanças de um só braço, com peso deslisante, já são conhecidas no Egito a 1000 anos antes de Cristo, muito tempo antes de Arquimedes de Siracusa, no século III a.C., tornar conhecida a lei da alavanca. Na Bíblia, 5 séculos antes de Cristo, aparece a medida Mina, equivalente a 685 g. Na época de Cristo (primeiro século de nossa era), existiam o Talento (34,272 kg), a Mina (571 g), e o Siclo (11,4 g). Judas traiu Cristo pelo preço de trinta moedas (siclos) de prata, ou seja, 342 g de prata.
	A massa é uma grandeza fundamental do Sistema Internacional de Medidas, e seu padrão é um cilindro de platina-iridium, chamada de International Kilogram, guardada na França. Outras massas (como os padrões nacionais de massa) podem ser comparadas com o padrão internacional por meio de uma alavanca, com precisão de poucas partes em 109 para massas de 1 kg.
		2.4 - medidas de temperatura
	0 médico italiano Santorre Santoria constrói, em 1611, um termoscópio semelhante ao que já era conhecido por Filon de Bizâncio, 200 anos antes de Cristo. 50 anos mais tarde foi este termoscópio aperfeiçoado pela "Accademia dei Cimento" resultando no termômetro. 0 primeiro termômetro foi construído por Ole Römer em 1708; o primeiro termômetro de mercúrio utilizável na ciência foi construído por D. G. Fahrenheit em 1720. Em 1742 Andres Celsius propôs a escala centesimal.
	Através dos trabalhos de Sir William Thomson, Rudolf Clausius, Gustav Zeuner e outros, nasceu o estudo científico do calor.
	Não existe um padrão internacional para temperatura. A temperatura é medida através de escalas criadas em função de temperaturas constantes na natureza (ponto de fusão e evaporação da água).
3 - MEDIDAS OFICIAIS NO BRASIL
	Através do Decreto 81.621 de 03/05/78 são as seguintes as unidades de medida oficiais no país:
Grandeza
Nome
Símbolo
Comprimento
Metro
m
Massa
Quilograma
kg
Tempo
Segundo
s
Intensidade de Corrente Elétrica
Ampère
A
Temperatura Termodinâmica
Kelvin
K
Intensidade Luminosa
Candela
cd
Quantidade de Matéria
Mol
mol
II - NORMALIZAÇÃO TÉCNICA
1. - HISTÓRICO
	As tentativas de padronização existem desde os tempos primitivos, no desenvolvimento e na confecção de utensílios e artigos de consumo de toda espécie. Existem muitos exemplos de que as vantagens das formas e dos procedimentos uniformizados eram bem conhecidas.
	0 oleiro da idade da pedra, já não traça, para cada vaso, uma forma nova. No decorrer do tempo se formam modelos típicos, (mediante adaptações para a necessidade), devido a preferência por poucas formas, com as quais ele trabalha de maneira uniforme.
	Hoje identificamos povos inteiros e épocas de cultura pré-histórica por meio de padrões ou desenhos em fitas ou em cordas localizadas em urnas para cinzas, vasos para água, etc.
	Os estilos de construção das diversas épocas se tornaram característicos a ponto de definir "normas de discernimento de estilo".
	Sob o faraó Tutmosis I aplicavam-se, já no velho Egito, tijolos uniformes preparados de lama do Nilo, para a construção de casas, no formato de 410 x 200 x 130 mm.
	A pirâmide de Queops, construída aproximadamente 2500 anos a. C, perto de Gizeh, foi erguida com pedras de medidas iguais.
	Na velha Babilônia aproximadamente 1700 anos a.C. valiam as leis do rei Hamurabi. Segundo estas leis, era condenado à morte o construtor de uma casa, se esta casa não fosse erigida apropriadamente (dentro das normas) e se pelo seu desabamento algum homem viesse a morrer.
	Também os romanos possuíam suas normas de tijolo, mas quanto ao formato, as dimensões variavam nos dtferentes períodos de construção: no comprimento entre 212 mm e 457 mm, na largura entre 212 mm e 495 mm e na espessura entre 40 mm e 50 mm.
	Eles conheciam materiais de instalação normalizados, com os quais os dutos de distribuição de água da antiga Roma foram unificados.
	De Frontenius, administrador dos aquedutos ao tempo do imperador Nerva no ano 100 da era cristã, conhece-se a ordem de somente se ligarem dutos com dimensões normalizadas, no encanamento urbano. A dimensão do duto representava, principalmente, maior simplicidade no conhecimento da tarifa para o cálculo da demanda de água. Este método é muito cômodo pois através da indicação do tamanho do duto aplicado era possível esclarecer problemas técnicos e financeiros.
	A dimensão do duto mais usual compreendia mais ou menos cinco espessuras de dedo, algo pouco maior que 95 mm.
	Na construção de castelos em seus domínios, aplicavam os romanos estacas normalizadas.
	Quando Gutenberg presenteou o mundo com a imprensa, não realizou isto ao acaso, sem normalização. Os "tipos" devem ser permutáveis entre si e devem ser de mesma altura para poder fazer um conjunto impresso. Todas as letras possuem um pequeno entalhe uniformizado para que o tipógrafo possa, somente ao toque, sentir se a letra está ou não "às avessas". Além disso, as letras ficam sempre numa ordem pré-determinada nas caixas.
	No século XV os venezianos armaram a sua frota, entre outras coisas, com mastros, velas, remos e lemes uniformes, para se conseguir que cada navio, sob as mesmas condições, desse de si o mesmo desempenho e assim, as frotas, no combate, pudessem estar adaptadas entre si.
	Depósitos com peças sobressalentes normalizadas, isto é, com mastros, velas e lemes uniformizados, permitiam reparos mais rápidos.
2. - INÍCIO DA NORMALIZAÇÃO SISTEMÁTICA
	Em contraste com as normas "históricas" que devem seu crescimento mais ou menos ao acaso, entendemos a Norma, hoje em dia, como resultante de um trabalho de uniformização conduzido sob princípios firmes e estabelecidos para produzirem o efeito desejado, essencialmente nos ramos da fabricação de mercadorias e de sua distribuição. Esta normalização metódica recebeu seu mais forte impulso através do rápido desenvolvimento da tecnologia, provocado pelos descobrimentos nas ciências naturais e pelos descobrimentos técnicos nos séculos XVIII e XIX.
	As máquinas são construídas de mecanismos, nos quais certas peças se repetem. Em lugar de se limar penosamente as roscas com a mão, como antigamente, na época da máquina constroem-se os parafusos em série. Naturalmente precisa-se, em função de sua utilização, de um parafuso mais curto ou mais comprido, mais espesso ou mais fino. Para a mesma finalidade, no entanto, os parafusos não necessitam ser diferentes. Enquanto cada fabricante de parafuso tiver uma opinião diferente sobre as dimensões da profundidadedo sulco ou de sua inclinação, não haverá intercambiabilidade de parafusos. Necessita-se de um sistema para unificar as propriedades dimensionais dos parafusos.
	Em torno de 1839 Sir Joseph Whitworth, estabeleceu uma rosca padronizada para parafusos, que ainda hoje leva o seu nome. A partir deste fato, podemos ressaltar as seguintes datas:
	\SYMBOL 231 \f "Dixieland" l873 - Aparição das primeiras normas para chapas e fios;
	\SYMBOL 231 \f "Dixieland" 1875 - Convenção internacional do metro, em Paris;
	\SYMBOL 231 \f "Dixieland" 1876 - Mavil Dewey desenvolve a classificação bibliográfica decimal;
	\SYMBOL 231 \f "Dixieland" 1877 - Editada a norma sobre especificação, e sobre ensaio para cimento Portland; 	\SYMBOL 231 \f "Dixieland" 1883 - Os fabricantes alemães criam o "Formato Normalizado" de Papel;
	\SYMBOL 231 \f "Dixieland" 1898 - Conferência Internacional em Zurique adota a rosca SI (Système International), que servirá de base para prosseguimento do trabalho de normalização.
	\SYMBOL 231 \f "Dixieland" 1901 - Fundação do BESC "British Engineering Standards Committee". E criado nos Estados Unidos o Bureau of Standards, como Departamento do Ministério para Comércio e Trabalho. No Japão editam a primeira norma;
	\SYMBOL 231 \f "Dixieland" 1904 - A Classificação Decimal de Dewey é traduzida para o francês. A "International Electrotechnical Comission" (IEC) é criada em St. Louis (EUA);
	\SYMBOL 231 \f "Dixieland" 1907 - Na Suécia cria-se a primeira norma eletrotécnica;
	\SYMBOL 231 \f "Dixieland" 1940 - Fundação da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT);
	\SYMBOL 231 \f "Dixieland" 1947 - Fundação da International Organization for Standardization (ISO);
	\SYMBOL 231 \f "Dixieland" 1973 - Criação do Sistema Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial, no Brasil.
3. - OBJETIVOS E PRINCÍPIOS DA MORMALIZAÇÃO
	Modernamente, os objetivos da normalização são:
		\SYMBOL 235 \f "Dixieland" simplificação;
		\SYMBOL 235 \f "Dixieland" intercambiabilidade;
		\SYMBOL 235 \f "Dixieland" comunicação;
		\SYMBOL 235 \f "Dixieland" adoção racional de símbolos e códigos;
		\SYMBOL 235 \f "Dixieland" economia geral;
		\SYMBOL 235 \f "Dixieland" segurança;
		\SYMBOL 235 \f "Dixieland" defesa do consumidor e 
		\SYMBOL 235 \f "Dixieland" eliminação de barreiras comerciais.
	Além disso, podemos destacar (segundo T.R.B. Sanders) os seguintes princípios:
		\SYMBOL 182 \f "Dixieland" A normalização é essencialmente um ato de simplificação. Procura uma redução da variedade de certos objetos e concentra esforços para a prevenção de complexidade supérflua no futuro.
		\SYMBOL 183 \f "Dixieland" A normalização é uma atividade social, bem como econômica, e sua promoção deve ser fruto de cooperação mútua de todos os interessados. 0 estabelecimento de uma norma deve ser baseado em um consenso geral.
		\SYMBOL 184 \f "Dixieland" A simples publicação de uma norma tem pouco valor, a menos que ela possa ser aplicada. A aplicação pode acarretar sacrifícios de poucos para o benefício de muitos.
		\SYMBOL 185 \f "Dixieland" A ação a ser tomada no estabelecimento de normas é essencialmente aquela de seleção (escolha), seguida de aperfeiçoamento.
		\SYMBOL 186 \f "Dixieland" As normas devem ser examinadas a intervalos regulares, e revisadas se necessário (em geral, de 5 em 5 anos).
		\SYMBOL 187 \f "Dixieland" Quando desempenho ou outras características de um produto são especificados, tal especificação deve incluir uma descrição dos métodos e ensaios a serem aplicados, de modo a determinar se um dado artigo está ou não em conformidade com a especificação. Quando é adotada amostragem, o método e, se necessário, o tamanho e freqüência das amostras devem ser especificados.
		\SYMBOL 188 \f "Dixieland" A necessidade de obrigatoriedade legal de normas nacionais deve ser deliberadamente considerada, observando-se a natureza da norma, o nível de industrialização e as leis e condições que prevalecem na sociedade para a qual a norma foi preparada.
4. - VANTAGENS ECONÔMICAS DA NORMALIZAÇÃO
	As normas, sejam elas nacionais ou internacionais, requerem para sua aprovaçäo, a convocação de especialistas para discutí-las e algumas vezes existe a necessidade de um programa de pesquisa. Tudo isto custa dinheiro mas o custo pode, em parte, ser compensado pela frutífera troca de idéias entre os especialistas, o que é altamente proveitoso.
	A normalização de um produto, geralmente, terá como conseqüência um grande volume de vendas e portanto, conduzirá a um baixo custo de mercadorias. Se o mercado assim o permitir, um baixo custo poderá implicar em aumento de vendas.
	Possivelmente a simplificação e a redução de uma variedade que não é necessária, aumentará a competição dentro da indústria acarretando um aumento da qualidade do produto.
	Para a empresa a normalização pode trazer benefícios para a maioria dos departamentos : projetos, produção, suprimento, comercialização, administração e contabilidade, etc, pois fornece uma linguagem comum e compreensível para todos. Além disso, provoca: diminuição de estoques; melhor utilização de ferramentas; estabelecimento de uma base eficaz para a catalogação e listagem de produtos e materiais e simplificação do trabalho administrativo e contábil.
	No nível internacional, as normas apresentam um grande valor. Se um país exporta suas mercadorias em conformidade com normas aprovadas internacionalmente, possui um excelente argumento para vendas, e a comparação com produtos oriundos de países concorrentes tona-se mais fácil.
	Os países em desenvolvimento são capazes de fabricar algumas partes do equipamento, importando o restante e montando tudo em seus próprios países. Este processo, torna-se muito difícil se as normas do país comprador diferem fundamentalmente daquelas do país importador.
	Outro ponto substancial, é a questão das barreiras alfandegárias, especialmente devido às restrições legais impostas à importação de mercadorias que não estejam em conformidade com as leis e normas do país importador.
	Salvo em casos realmente especiais relativos a segurança, a maioria dos países hesitará em legislar de encontro a norma aprovada internacionalmente.
Outras Unidades Usadas Atualmente
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Comprimento
Polegada (inch) = 0,0254 m
Pé (foot) = 0,304801 m
Jarda (Yard) = 0.914404 m
Milha (mile) = 1609,34 m
Milha marítima (Sea mile) = 1853,18 m
Braças = 1,8267 m
Vara = 5,0291 m
Furlong = 201,16 m
Área
Polegada2 = 0,000645 m2
Pé2 = 0,092903 m2
Acre = 4046,8865 m2
Milha2 = 2590007,4225 m2
Hectare = 2,471143 acres
Volume
Polegada3 = 0,000016387 m3
Pinta = 0,0005682 m3
Galão imperial = 0,00454 m3
Galão Americano = 0,00378533 m3
Barril = 0,1589 m3
Velocidade
Nó (Knot) = 0,51453 m/s
Pé/s = 0,304801 m/s
Milha/h = 0,44704 m/s
km/h = 0,277777 m/s
Massa
Grain = 0,000064799 kg
Onça = 0,0283495 kg
libra = 0,45359 kg
Slug = 32,2 libras
Slug = 14,618 kg
Pressão
Libra/pé2 = 4,8826 kgf/m2
Libra/pol2 = 70,309 g/cm2
Ton/pol2 = 157,493 kgf/cm2
Atmosferas = 1,033 kgf/cm2
Trabalho e Energia
Foot poundal = 429,474 g.cm
Foot pound = 13564924,95 erg
Foot Ton = 309,685 kg.m
HP (horse power) = 1,01385 CV
HP = 0,74529 kw
CV = 0,7351 kw
kw =0,02390 kcal/s
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