Prévia do material em texto
Unidade 1 Conceitos Básicos da Metrologia Andrew Schaedler Metrologia e Normatização Diretor Executivo DAVID LIRA STEPHEN BARROS Diretora Editorial ANDRÉA CÉSAR PEDROSA Projeto Gráfico MANUELA CÉSAR ARRUDA Autor ANDREW SCHAEDLER Desenvolvedor CAIO BENTO GOMES DOS SANTOS Andrew Schaedler Olá. Meu nome é Andrew Schaedler. Sou formado em Engenharia Mecânica, com uma experiência técnico-profissional na área de engenharia de processos e usinagem de precisão, de mais de 8 anos. Passei por empresas como a TDK multinacional Japonesa produtora de componentes eletrônicos, John Deere multinacional Americana produtora de equipamentos agrícolas, e hoje sou sócio proprietário de uma metalúrgica especializada em usinagem de precisão atendendo empresas de grande porte do ramo automotivo. Sou apaixonado pelo que faço e adoro transmitir minha experiência de vida àqueles que estão iniciando em suas profissões. Por isso fui convidado pela Editora Telesapiens a integrar seu elenco de autores independentes. Estou muito feliz em poder ajudar você nesta fase de muito estudo e trabalho. Conte comigo! O AUTOR Olá. Meu nome é Manuela César de Arruda. Sou a responsável pelo projeto gráfico de seu material. Esses ícones irão aparecer em sua trilha de aprendizagem toda vez que: ICONOGRÁFICOS INTRODUÇÃO: para o início do desenvolvimento de uma nova com- petência; DEFINIÇÃO: houver necessidade de se apresentar um novo conceito; NOTA: quando forem necessários obser- vações ou comple- mentações para o seu conhecimento; IMPORTANTE: as observações escritas tiveram que ser priorizadas para você; EXPLICANDO MELHOR: algo precisa ser melhor explicado ou detalhado; VOCÊ SABIA? curiosidades e indagações lúdicas sobre o tema em estudo, se forem necessárias; SAIBA MAIS: textos, referências bibliográficas e links para aprofundamen- to do seu conheci- mento; REFLITA: se houver a neces- sidade de chamar a atenção sobre algo a ser refletido ou discutido sobre; ACESSE: se for preciso aces- sar um ou mais sites para fazer download, assistir vídeos, ler textos, ouvir podcast; RESUMINDO: quando for preciso se fazer um resumo acumulativo das últimas abordagens; ATIVIDADES: quando alguma atividade de au- toaprendizagem for aplicada; TESTANDO: quando o desen- volvimento de uma competência for concluído e questões forem explicadas; SUMÁRIO Uma breve história da Metrologia e seu conceito ....................... 11 Uma breve história da Metrologia .....................................................................................11 Conceito de Metrologia ............................................................................................................16 Conceito de Metrologia Científica e Metrologia Industrial ...... 20 Metrologia Científica ...................................................................................................................20 Metrologia Industrial ...................................................................................................................23 Metrologia Legal – o que é? Como ela está presente em nossas vidas? .............................................................................................................. 28 . Estrutura da Metrologia Mundial e Brasileira .........................................................28 Como a Metrologia Legal está presente em nossas vidas? ..........................33 Conceitos de precisão e exatidão (Acurácia) ................................. 37 Descobrindo a Precisão ............................................................................................................37 Descobrindo a Exatidão (Acurácia) ..................................................................................38 Entendendo a diferença entre a Precisão e a Exatidão ....................................39 Exemplo número 1, tiro ao alvo .......................................................................39 Exemplo número 2, chute a gol ......................................................................40 Metrologia e Normatização8 UNIDADE 01 CONCEITOS BÁSICOS DA METROLOGIA Metrologia e Normatização 9 Você já se perguntou de onde vêm as unidades de medida? Como sabemos nossa altura, peso, o quanto comemos, quanto vale o que compramos? Como toda essa informação é regida, gerenciada e padronizada no mundo todo? Tudo isso está dentro da área de conhecimento da Metrologia. Ao final desta unidade você conseguirá visualizar as diferenças entre Metrologia Científica, Industrial e Legal. Será capaz de entender a importância da metrologia no seu dia-a-dia profissional e pessoal. Após desenvolver esta competência terá uma nova visão de como a humanidade evoluiu até o ponto em que estamos hoje e como essa evolução foi embasada na Metrologia. Curioso? Vamos em frente! INTRODUÇÃO Metrologia e Normatização10 Olá. Seja muito bem-vindo à Unidade 01 - Conceitos Básicos da Metrologia. Nosso propósito é auxiliar você no desenvolvimento das seguintes objetivos de aprendizagem até o término desta etapa de estudos: 1. Conceituar Metrologia; 2. Diferenciar Metrologia Científica e Industrial;. 3. Conceituar Metrologia legal; 4. Conceituar Precisão e Exatidão (Acurácia). Então? Preparado para uma viagem sem volta rumo ao conhecimento? Ao trabalho! OBJETIVOS Metrologia e Normatização 11 Uma breve história da Metrologia e seu conceito INTRODUÇÃO: Ao término deste capítulo você será capaz de conceituar Metrologia bem como conhecer a sua origem, ou seja, como nossos antepassados iniciaram os estudos neste vasto campo de conhecimento e como essa ciência evoluiu para tornar- se o que é hoje. E então? Motivado para desenvolver esta competência? Então vamos lá. Avante! Uma breve história da Metrologia A história da metrologia se confunde com a história da própria humanidade. Uma das maiores capacidades do ser humano é poder fazer comparações entre coisas, cores, tamanhos, cheiros e até sentimentos. A metrologia começa a surgir quando começamos a quantificar, medir essas comparações e criar parâmetros como referência. Medir é a evolução natural do ato de comparar, é um instrumento para o crescimento e progresso da nossa civilização, citou Rodrigo Costa- Félix e Américo Bernardes em Metrologia Vol. 1 Fundamentos. A medição baseia-se em experimentos e padronizações os quais resultam em medidas. Em sua obra as Mesasures and Men (Medidas e o Homen) 1970, Witold Kula conta um pouco sobre como as medidas surgiram, em 2900 a.C. o faraó Khufu ordenou, em seu reino, a utilização de um padrão de medida para os Egípcios. Este padrão foi chamado de “Cúbito Real Egípcio” ou Côvado (cerca de 45,7cm) (KULA, 1970). O comprimento deste padrão era a distância do cotovelo até a ponta do dedo médio da mão do Faraó. Todos os comerciantes e artesão que utilizavam em seus afazeres um bastão de madeira, que representava a Metrologia e Normatização12 medida do cúbito, deviam ajustar o bastão durante o período de lua cheia. Esse ajuste era feito usando como base um bastão de granito, exposto em local público. Quem não realizava o ajuste (hoje entendemos esse procedimento como calibração), tinha pena de morte. Figura 1 - Imagem Cúbito Real Egípcio/ imagem do Cúbito Real Egípcio. Fonte: Adaptado pelo autor Esse padrão provou-se muito eficiente, assegurando que a base da grande pirâmide fosse perfeitamente quadrada. O comprimento da pirâmide é de 228,6 metros e o desvio desse valor em sua construção foi de 0,05%. Metrologia e Normatização 13 Figura 2 - Exemplos de unidades de medida antropomórficas. Fonte: Adaptado pelo autor No comércio a ausência de padrões de medida criava muitos problemas, cada região ou reino utilizava medidas próprias, muitas vezes subjetivas. Era comum governantes usarem partes de seu corpo como a mão, pé ou braços para estipularem uma certa unidade de medida.Por consequência, as medidas eram muitas vezes imprecisas, e podiam variar a cada novo governante, causando confusão no dia a dia da população. Inúmeras tentativas de unificação das medidas foram feitas na Europa durante o século XVIII. Essa necessidade de unificação das medidas vigentes ganhou força com a evolução da matemática e das ciências naturais durante o Iluminismo, movimento cultural impulsionado pela elite intelectual europeia com o intuito de promover o poder da razão a fim de reformar a sociedade, (COSTA-FÉLIX; BERNARDES, 2017). Metrologia e Normatização14 Baseando-nos nos entendimentos de Kula (1970), a Revolução Francesa teve importante participação na padronização das medidas. Após a queda da Bastilha, ocorreram represálias contra a classe camponesa e revoltas contra a nobreza. Na noite de 04 de agosto de 1789, a Assembleia Constituinte sancionou a supressão dos títulos de nobreza, o fim do dízimo e estabeleceu igualdade a todos perante os impostos. Foi o fim do sistema Feudal na França. Com privilégios iguais para todos o caminho à padronização das medidas estava pronto para ser trilhado. Em 1790 a Academia de Ciências recebeu da Assembleia Nacional, a tarefa de unificar os padrões de pesos e medidas em busca de um sistema único e imutável. Essas ações faziam parte de um pacote do governo em busca de uma resposta à crise existente. Durante a criação desse sistema único de medidas surgiu o início da definição do sistema métrico hoje utilizado em ampla escala a nível mundial (KULA, 1970). Aos poucos a humanidade foi evoluindo e as medidas e convenções mundiais sendo criadas, dando andamento para chegarmos à civilização atual. Você sabe como surgiu a unidade Metro? Não podemos deixar de falar um pouco sobre a história de uma das unidades de medida mais famosa do mundo: o Metro. Somente após a Revolução Francesa, a ideia de usar uma referência diferente das medidas do corpo do próprio homem teve abertura para ser implantada. Em 1972, físicos, astrônomos e geodesistas regataram a proposta de Gabriel Mouton (1618-1694), passando usar a Terra como parâmetro universal. Foi o início do padrão de medida linear que conhecemos hoje. É claro que tal medida, baseada na distância entre o equador e o polo norte, através do meridiano que passa por Paris, ainda carregava um certo grau de incerteza, devido as aproximações e recursos de cálculo existentes na época. Metrologia e Normatização 15 A evolução da ciência e da tecnologia exigiram uma incerteza cada vez menor, e a definição da unidade de comprimento foi sendo adequada a essa necessidade, como podemos verificar na tabela abaixo: Tabela 1 - Evolução da unidade de comprimento: metro. Data Definição do metro Incerteza 1793 - 95 O metro é 1/ 40.000.000 do meridiano. 0,15 – 0,2 mm 1799 O metro corresponde a distância entre referências marcadas numa barra de platina iridiada. 10m-20 µm 1889 O metro internacional, protótipo M, é constituído por uma barra de platina iridiada, de secção em X, à temperatura de 20ºC. 0,2µm 1960 O metro é igual a 1.650.763,73 vezes o comprimento de onda no vazio da radiação correspondente a transição entre os níveis 2p10 e 5d5 do átomo kr68. 0,02µm 1983 O metro é o conhecimento do trajeto percorrido pela luz no vazio, durante um intervalo de tempo de 1/299.792.458 do segundo. 0,02µm Fonte: Adaptado pelo autor Agora que conhecemos um pouco sobre a origem da metrologia e já temos uma noção de como ela está presente em nossas vidas vamos seguir em frente! Metrologia e Normatização16 Conceito de Metrologia Agora você vao entender mais sobre a metrologia e seu conceito, vamos utilizar como base a definição de metrologia apresentada por duas grandes instituições, o BIPM (Bureau International des Poids et Mesures/ Escritório Internacional de Pesos e Medidas) a nível internacional e o Inmetro (Instituto Nacional de Metrologia Qualidade e Tecnologia) a nível nacional, em seguida rescreveremos a definição de metrologia com nossas palavras. Fique tranquilo que aprenderemos mais sobre essas instituições no capítulo 3, quanto estudaremos Metrologia Legal. O BIPM e o INMETRO (2020?) definem a Metrologia como: A Metrologia é a ciência que abrange todos os aspectos teóricos e práticos relativos às medições, qualquer que seja a incerteza em qualquer campo da ciência ou tecnologia. ACESSE: Aqui você pode entrar no site oficial do Escritório Internacional de Pesos e Medidas BIPM e ler sobre a definição de metrologia escrita por eles. https://bit.ly/3fnNmX2 É importante ressaltar que a ciência das medições não é reservada apenas para cientistas. Ela é de vital importância para todos nós. A grande e invisível rede de serviços, comunicações e fornecimento de mantimentos da qual todos somos dependentes nos dias de hoje, necessita da metrologia para que funcione com eficiência e sem falhas. Por exemplo, temos que confiar na quantidade de energia elétrica que pagamos todo mês, no peso medido pela balança do supermercado ou na quantidade de bateria de nosso celular. Sem essa confiança no sistema de medidas, nossa vida se tornaria quase impraticável. Metrologia e Normatização 17 Então vamos definir o que é essa ciência que nos acompanha todos os dias! O termo Metrologia vem do grego métron + logos. Figura 3: A origem grega da palavra Metrologia Fonte: Adaptado pelo autor Metrologia é a ciência responsável pelo estudo das medidas (metro, quilograma, graus centigrados, entre outras), ela cria e rege padrões para as comparações que fazemos na vida moderna, garantindo uma linguagem única e universal em nosso cotidiano. Agora que compreendemos um pouco mais sobre essa fantástica área de conhecimento, vamos seguir para os próximos capítulos e descobrir as diferentes áreas de atuação da Metrologia. SAIBA MAIS: Quer se aprofundar neste tema? Segue algumas fontes de conhecimento para você aprender mais sobre a história e o conceito de Metrologia: Assista o vídeo do Inmetro explicando as medidas e a metrologia está presente em nossas vidas acesse pelo link https://bit.ly/3fqydo2 (Acesso em 25/02/2020). Leia sobre BIPM e conheça mais sobre essa instituição. Site BIPM: https://bit.ly/38Q0qSw A metrologia, de acordo com os entendimentos de Kula (1970) é dividida em 3 áreas de conhecimento, sendo elas: Metrologia e Normatização18 • Metrologia Científica, utiliza instrumentos laboratoriais, pesquisas e metodologias cientificas embasadas em padrões de medição nacionais e internacionais sempre em busca de altos níveis de qualidade metrológica exigidos pelos avanços tecnológicos. • Metrologia Industrial, utiliza sistemas de medição para controle de processos produtivos industriais os quais são responsáveis pela qualidade dos produtos produzidos. • Metrologia Legal, estrutura os órgãos de controle e leis sobre as medidas e processos de medições utilizados na indústria e em relações comerciais. Agora que já compreendemos que a metrologia é formada por três áreas de conhecimento, iremos aprender sobre mais sobre elas nas competências a seguir. Pronto? Vamos em frente! RESUMINDO: E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido que a metrologia está intrinsecamente ligada a necessidade do homem de medir e comparar coisas. Sua origem se confunde com a história da própria humanidade. Inicialmente cada reino tinha suas próprias padronizações de medidas, utilizando na maioria das vezes referências do próprio corpo humano do governante, ou outros padrões locais, que faziam sentido para sua cultura e região. Com a evolução do comércio e crescente interação com outros reinos, ficou evidenciada a necessidade de um sistema único que permitisse comparar e efetuar trocasde forma mais lógica e com menor grau de incerteza. Foi na França, após a Revolução Francesa, que as tentativas de unificação ganharam força, mas só depois de 1799 que o Sistema Métrico foi oficializado, e, com o passar dos anos, foi sendo adotado também por outras nações. Deste modo, Metrologia e Normatização 19 RESUMINDO (CONTINUAÇÃO): conhecemos o conceito de Metrologia apresentado por instituições oficiais que regulamentam os sistemas de medida. Aprendemos que a Metrologia é a ciência responsável por estudar, criar e reger os padrões adotados para as comparações que fazemos na vida moderna, garantindo uma linguagem única, não só em ambientes científicos e tecnológicos, mas também em nosso cotidiano. Metrologia e Normatização20 Conceito de Metrologia Científica e Metrologia Industrial INTRODUÇÃO: Nesta Unidade conheceremos os conceitos de Metrologia Científica e Metrologia Industrial, bem como suas principais aplicações. Vamos lá? Metrologia Científica Já vimos sobre a história e a definição de Metrologia, agora vamos adentrar nas suas áreas de conhecimento para entender melhor como esta fantástica ciência está presente em nossos dias. A Metrologia Científica está sempre em busca de definições de grandezas e sua correlação física, entendendo-se por grandeza: propriedade ou fenômeno de um corpo ou substância, que pode ser expressa quantitativamente em forma de número ou referência. Essa definição está expressa no VIM - Vocabulário Internacional de Metrologia, 1° edição Luso –Brasileira, 2012. Vamos ver um resumo da definição a seguir. O conceito de grandeza pode ser dividido em vários níveis específicos segundo o VIM (2012), p. 21, por exemplo: • Grandezas de base: aquelas que são funcionalmente independentes de outras grandezas; • Grandezas derivadas: aquelas obtidas em função de outras grandezas, por exemplo, a velocidade é uma grandeza derivada da grandeza comprimento dividida pela grandeza tempo; • Grandezas ordinais: aquelas obtidas através de algum procedimento de medição, adotadas por convenção, mas Metrologia e Normatização 21 que não apresentam qualquer relação algébrica entre as grandezas, por exemplo, a Magnitude de um terremoto na escala Richter. SAIBA MAIS: Acesse o link para ter acesso ao VIM completo e ampliar seus conhecimentos: https://bit.ly/3fsyUNq As grandezas são avaliadas pelas unidades de medida adotadas por convenção e cada unidade tem seu respectivo símbolo. Uma unidade de medida define uma grandeza específica, como já vimos, ela é adotada por convenção, como uma referência, um padrão com qual as demais grandezas de mesma natureza são comparadas. Figura 4 - Calibração de balança utilizando padrão de peso em laboratório. Fonte: Visualhunt O Sistema Internacional de Unidades (SI) foi criado tendo em vista a necessidade de se adotar um sistema único de medidas a nível mundial, para facilitar as relações internacionais acadêmicas, comerciais ou tecnológicas. (VIM, 2012). Metrologia e Normatização22 O SI possui sete unidades de base definidas. Estas unidades podem ser vistas na tabela a seguir: Tabela 2 - Grandezas e unidades de base do Sistema Internacional Fonte: Adaptado pelo autor A metrologia científica não possuiu como objetivo apenas a definição das grandezas e suas unidades, mas também sua correspondência com a materialização física. Ela está sempre evoluindo para que suas grandezas e materializações físicas sejam usadas pela humanidade com o menor grau de incerteza possível, de forma ágil e eficiente. Esse é o grande desafio dos metrólogos, é realizar medições com uma exatidão cada vez maior e de uma forma que seja adequada as necessidades do dia a dia. Com base no Sistema Internacional de unidades SI, a Metrologia Científica define grandezas e sua correlação física, sempre em busca de menores graus de incerteza nos sistemas de medições. Metrologia e Normatização 23 Metrologia Industrial A Metrologia industrial tem evoluído junto com os avanços da Metrologia Científica, devido à exigência dos modernos processos industriais com a necessidade de altos níveis de qualidade, competitividade, exigindo medições confiáveis e de elevada exatidão, para diferentes grandezas. (COSTA-FÉLIX E BERNARDES, 2017). Podemos utilizar como exemplo da importância das medições, com elevado grau de exatidão para as indústrias, uma linha de fabricação de carros populares, onde são montados em média 130 carros por dia com mais de 250.000 peças por carro fornecidas por mais de 400 empresas situadas em mais de 12 países. (COSTA-FÉLIX E BERNARDES, 2017). A pergunta é: sem metrologia poderia dar certo? Outro exemplo interessante para os avanços proporcionados pela metrologia em produtos e serviços está na evolução da medição da grandeza tempo. O Tempo é a grandeza de base do Sistema Internacional de Unidades com a menor incerteza de medição. A definição internacional do tempo passou a utilizar o relógio atômico de césio como base, em 1967, onde: um segundo equivale a 9.192.631.770 oscilações da frequência de ressonância do átomo de césio. Atualmente, o tempo é medido em relógios atômicos de átomos frios, com uma incerteza de medição na ordem de uma parte em 1016. Estes, são tão precisos, que adiantam ou atrasam um segundo em cada três bilhões de anos! Graças ao desenvolvimento dos relógios atômicos e aos padrões de tempo de elevada exatidão e precisão, a indústria de telecomunicações pode dar um salto à frente nos últimos anos. Não estaríamos conversando agora por meio de sofisticados telefones celulares e nem poderíamos trocar informações pela rede de computadores sem estes avanços na Metrologia. São trilhões de informações por segundo e é necessário ter medições de alta exatidão para identificá-las. (LIRA, 2015). Metrologia e Normatização24 Figura 5 - Instrumento para teste de vibração de um telescópio espacial. A evolução da Metrologia possibilitou o avanço da humanidade, que hoje é capaz de estudar até mesmo o que está no espaço. Fonte: Visualhunt Fonte: Visualhunt Figura 6 - Imagem do Cray-1, o primeiro Supercomputador, lançado em 1976, permitindo o processamento de uma quantidade massiva de dados. Metrologia e Normatização 25 Além de desempenhar um importante papel na dinâmica das relações comerciais, a metrologia é considerada um dos pilares da inovação e da competitividade. O empenho em construir um sistema metrológico confiável e eficiente é visto como base para inovação e desenvolvimento industrial e tecnológico. Isso é claramente evidenciado em muitas indústrias modernas, como as indústrias automobilísticas, em que o produto final costuma ser uma montagem de peças e equipamentos produzidos por diferentes fornecedores, montagem essa que só é possível se todos os envolvidos na cadeia de fornecimento de materiais e componentes seguirem padrões rígidos, onde as grandezas e medições envolvidas estiverem amparadas por um bom sistema metrológico. Lord Kelvin, matemático e físico britânico que viveu entre 1824 e 1907, já tinha conhecimento da importância da metrologia na melhoria de produtos. Segundo Lira (2015), destaca-se que: Quando você pode medir aquilo de que fala e expressá-lo em números, você sabe alguma coisa sobre isto. Mas quando você não pode medi-lo, quando você não pode expressá-lo em números, o seu conhecimento é limitado e insatisfatório. Se você não pode medir algo, não pode melhorá-lo. (LIRA, 2015, p. 43) Como já visualizava Lord Kelvin há mais de um século atrás, o controle através de medições produz melhorias técnicas significativa nos produtos ou processos analisados. A execução de melhorias ou aperfeiçoamento em produtos ou processos são conhecidas como inovações tecnológicas. Medições exatas além de serem importantes para a metrologia, também podem resultar em inovação, que são a base da competitividade industrial. (LIRA, 2015) Arelação entre metrologia, qualidade, inovação e competitividade é esquematizada na figura 7. Metrologia e Normatização26 Figura 7 - Relação entre metrologia, qualidade, inovação e competitividade. Fonte: Adaptado pelo autor O que é Metrologia Industrial? A metrologia é uma matéria fundamental para qualquer das áreas da engenharia, tendo em consideração necessidade das instituições, nomeadamente as de índole industrial, terem de se reger por normas de qualidade cada vez mais exigentes. Beneficiando-se dos avanços da metrologia científica, a metrologia industrial aplica os referidos conhecimentos metrológicos no desenvolvimento da indústria e na melhoria da qualidade de produtos e serviços, de forma a assegurar-lhes a necessária conformidade com especificações técnicas; na calibração dos padrões metrológicos da indústria e sua rastreabilidade aos padrões nacionais; no conhecimento de base tecnológica para assegurar a competitividade de produtos; na gestão das técnicas de medição e no atendimento às exigências impostas por normas técnicas e expectativas de clientes e usuários. Podemos evidenciar alguns pontos importantes da metrologia industrial, vamos citá-los a seguir: • Obter medidas exatas e fiáveis, um requisito fundamental para que qualquer empresa seja competitiva e inovadora. Metrologia e Normatização 27 • Contribuir e criar uma base de dados e conhecimentos científicos, o que permite o desenvolvimento da tecnologia e a automatização dos processos industriais. • Permitir melhorar a qualidade de produtos e assegurar os interesses gerais dos consumidores. RESUMINDO: E então? Antes de seguir em frente, vamos resumir o que vimos neste capítulo? Aprendemos que a Metrologia Científica busca definir as grandezas e sua correlação física, e que seu principal objetivo é realizar medições com uma exatidão cada vez maior e de uma forma que seja adequada as necessidades do dia a dia. Para reforçar seu aprendizado, vamos repetir aqui o conceito de Grandeza: Grandeza é a propriedade ou fenômeno de um corpo ou substância, que pode ser expressa quantitativamente em forma de número ou referência. Vimos também o que é a Metrologia Industrial, e a importância da utilização dos sistemas de medição para controle de processos produtivos industriais e para garantia da qualidade e da especificação dos produtos produzidos. Aprendemos que a evolução da Metrologia Industrial está relacionada com a Metrologia Científica, e que os avanços tecnológicos e inovações provém de sistemas de metrologia confiáveis e eficazes. Metrologia e Normatização28 Metrologia Legal – o que é? Como ela está presente em nossas vidas? INTRODUÇÃO: Neste capítulo iremos visualizar a dimensão da Metrologia Legal, será possível ver como essa área de conhecimento está presente diariamente em nossas vidas e aprender sobre as estruturas mundiais e brasileiras da Metrologia Legal, termos e definições específicas. A Metrologia Legal pode ser entendida como a área da Metrologia que busca assegurar a credibilidade das medições que são realizadas em áreas regulamentadas por autoridades governamentais. Ela lida com questões gerais da metrologia, como por exemplo, a rastreabilidade de medições, mas também com fatores mais práticos, como o risco de fraude ou acidentes que podem ocorrer ao utilizarmos instrumentos de medição. A Metrologia Legal é responsável pelos requisitos aplicáveis a instrumentos de medição, métodos de medição, unidades de medida e produtos industrializados. Esses requisitos são estabelecidos por normas e regulamentos técnicos. (COSTA-FÉLIX; BERNARDES, 2017). . Estrutura da Metrologia Mundial e Brasileira A Organização Internacional de Metrologia Legal (OIML), é uma organização intergovernamental fundada em 1955. É composta por sessenta Membros Plenos de países que participam ativamente nos comitês técnicos e que tem direito a voto nas deliberações da Organização, estes países são chamados de Member States. Metrologia e Normatização 29 Figura 8 – Globo terrestre. Fonte: Visualhunt Além dos Membros Plenos, a OIML também é constituída por mais 63 países chamados de Corresponding Members, estes membros participam como observadores e não possuem direito a voto. Desde 1983 o Brasil aderiu a OIML na condição de Membro Pleno. O objetivo da OIML é promover a harmonização global dos procedimentos de Metrologia Legal. A missão da OIML é possibilitar às nações a implementação de infraestruturas confiáveis de metrologia legal que sejam compatíveis entre as nações e internacionalmente reconhecidas. A OIML (2012), p. 29, é responsável por várias publicações, sendo elas: • Recomendações Internacionais (International Recommendations), que servem de modelos para regulamentos técnicos para instrumentos de medição e produtos pré-embalados. • Documentos Internacionais (International Documents), que servem para informar e orientar. • Vocabulários (Vocabularies). • Guias (Guides). Metrologia e Normatização30 • Publicações Básicas (Basic Publications). • Relatórios de Especialidades (Expert Reports). As publicações da OIML, tendo maior importância as Recomendações Internacionais, devem ser utilizadas quando apropriado, por todos os participantes do Acordo de Barreiras Técnicas ao Comércio (TBT), da Organização mundial (OMC). A estrutura da OIML (2012), p. 39) compreende dois sistemas internacionais, sendo eles: • O Sistema Básico de Certificados OIML para Avaliação Técnica de Modelo de Instrumentos de Medição. Neste sistema os participantes voluntários utilizam métodos para avaliar e certificar a conformidade de instrumentos de medição de acordo com as Recomendações Internacionais da OIML. • O Arranjo de Aceitação Mútua (MAA) de Avaliações de Modelo. Aqui os participantes declaram sua intenção em aceitar e utilizar relatórios de avalição de outros participantes. A estrutura da OIML (2012), p. 43, é formada por: • Conferência Internacional de Metrologia Legal, a instância mais alta de tomada de decisões. É constituída por membros Plenos e reúne-se a cada Quatro anos. • O Comitê internacional de Metrologia Legal (CIML), Órgão responsável por tomar decisões das funções cotidianas da OIML. • O Bureau internacional de Metrologia (BIML), atua como secretaria da OIML, assegurando as atividades diárias e o planejamento de ações. Outra função importante da OIML é a publicação do Vocabulário Internacional de Termos de Metrologia Legal, conhecido como VIML. Metrologia e Normatização 31 No Brasil o instituto Nacional de Metrologia Qualidade e Tecnologia (Inmetro) é responsável por elaborar e emitir regulamentos técnicos que abordem o controle metrológico legal, bem como assegurar seu cumprimento. O Inmetro é uma autarquia federal, vinculada ao Ministério da Indústria, Comércio Exterior e Serviços – MDIC, que atua como Secretaria Executiva do Conselho Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Conmetro), colegiado interministerial, que é o órgão normativo do Sistema Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Sinmetro). O Inmetro objetiva fortalecer as empresas nacionais, aumentando sua produtividade utilizando mecanismos destinados à melhoria da qualidade de produtos e serviços. Para realizar sua missão o Inmetro possuiu a Diretoria de Metrologia Legal (Dimel), que é responsável por: • Orientar, dirigir, coordenar, planejar e executar as atividades de metrologia legal. • Propor projetos de regulamentos técnicos metrológicos. • Especificar os requisitos que os instrumentos de medição devem atender. • Propor programas de formação e aperfeiçoamento de recursos humanos em Metrologia legal. • Representar o Brasil na OIMLe em outras instâncias internacionais de metrologia legal. • Estabelecer os requisitos e especificações que os produtos deverão satisfazer. • Especificar equipamentosde medição, padrões, métodos e procedimentos de medição. • Disseminar conhecimento de metrologia legal para a sociedade. (INMETRO, 2020?) Metrologia e Normatização32 Para atender as atividades delegadas a ele, o Inmetro tem convênios com órgãos públicos. Existem 24 órgãos, sendo 23 estaduais e 1 municipal. Em dois estados Brasileiros, Goiás e Rio Grande do Sul, o Inmetro possui superintendências, não sendo necessária a delegação de competências. (INMETRO, 2020?) Esse conjunto de 24 órgãos e duas superintendências do Inmetro formam a Rede Brasileira de Metrologia Legal e Qualidade – Inmetro (RBMLQ-I), sendo esta responsável pelas atividades de metrologia legal e a avaliação da conformidade em todo o Brasil. (INMETRO, 2020?) Os órgãos da RBMLQ-I, possuem uma infraestrutura com sedes e escritórios regionais, laboratórios para analises e testes, centros de atendimento à população, veículos incluindo veículos adaptados para execução de serviços e colaboradores capacitados para execução das atividades. (INMETRO, 2020?) SAIBA MAIS: Vimos que a OIML é responsável pela publicação do Vocabulário Internacional de Termos de Metrologia Legal, conhecido como VIML. Aqui no Brasil o Inmetro publica o VIM, Vocabulário Internacional de Metrologia. Quem realiza cálculos e também elabora certificados de calibração deve conhecer esse dicionário metrológico. O vocabulário Internacional de Metrologia (VIM), surgiu por volta da metade do século XX com o objetivo de padronizar internacionalmente terminologias e definições utilizadas nos campos da metrologia e da instrumentação. Na segunda metade do século XX surgiu o Vocabulário Internacional de Metrologia (VIM) com o objetivo de harmonizar internacionalmente terminologias e definições utilizadas nos campos da metrologia e da instrumentação. O VIM (2012) está em vigor no Brasil desde 2012 quando foi aprovado pela Portaria Inmetro n° 232. Foi baseada na 3ª edição internacional do VIM Metrologia e Normatização 33 – International Vocabulary of Metrology – Basic and general concepts and associated terms – JCGM 200:2012. Esta edição internacional foi elaborada pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM), pela Comissão Internacional de Eletrotécnica (IEC), pela Federação Internacional de Química Clínica e Medicina Laboratorial (IFCC), pela Cooperação Internacional de Acreditação de Laboratórios (ILAC), pela Organização Internacional de Normalização (ISO), pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC), pela União Internacional de Física Pura e Aplicada (IUPAP) e pela Organização Internacional de Metrologia Legal (OIML). Outra importância da VIM, além de uniformizar a terminologia metrológica utilizada no Brasil, é a necessidade de se mitigar as diferenças em relação a Portugal. Aqui você pode acessar o Vocabulário Internacional de Metrologia VIM 2010, Conceitos fundamentais e Gerais e Termos Associados. ACESSE: Aqui você pode conhecer mais sobre o VIM e ter acesso a todo o documento. https://bit.ly/2BX0XX6 (Acesso em 25/02/2020) Como a Metrologia Legal está presente em nossas vidas? Como vimos nos capítulos anteriores, a Metrologia, apesar de seu caráter teórico, tecnológico e científico, busca sempre relacionar e padronizar aspectos práticos de grandezas que utilizamos no nosso dia a dia, por exemplo o pãozinho ou a carne que compramos por peso (quilograma), o refrigerante que compramos em litro ou 600ml, a velocidade das vias que transitamos em Km/h, entre inúmeros outras situações. Você já parou para pensar que tipo de produtos são analisados, estudados e certificados pelo Inmetro? Vejamos de acordo com (INMETRO, 2020?): Metrologia e Normatização34 • Produtos Pré-Medidos (ou pré-embalados): são aqueles que comercializados já medidos e embalados, representando, conforme dados do próprio Inmetro, cerca de 85% de tudo que consumimos. Os rótulos ou etiquetas de tais itens devem conter informações precisas de quantidade, peso e/ou volume. São exemplos de produtos pré-medidos: enlatados, papel higiênico, 1 litro de leite, entre outros. • Instrumentos de Medição: são aqueles responsáveis pela medição das grandezas, como a balança ou o velocímetro de nosso carro. O Inmetro avalia tais instrumentos garantido a conformidade dos resultados medidos, e devem apresentar selo identificando a verificação e a correspondente validade. São diversos os instrumentos que passam por esse controle, tanto no comércio, na saúde, na segurança e meio ambiente. Podemos citar como exemplos as balanças de supermercado e de farmácias, relógios contadores de água e/ou energia elétrica, bombas de combustíveis, equipamentos de proteção individual, medidores de velocidade, inspeções veiculares, medidores de ruídos e tantos outros. • Produtos Têxteis: nestes produtos a etiqueta deve informar claramente a composição dos tecidos fibrosos contidos no produto, além da correta identificação da largura, gramatura dos fios e também os cuidados que devem ser tomados para sua conservação e lavagem Além de garantir a conformidade destes segmentos de produtos, o órgão também é responsável pela fiscalização da correta aplicação das Normas e dos Regulamentos Técnicos vigentes, tudo isso para assegurar a saúde e segurança dos consumidores, evitando fraudes que possam prejudicar o cidadão. Imagine se a balança qu compramos pão todo dia estiver dsem calibração e apresentando uma leitura de peso maior que real. Iremos pagar a mais pelos pães comprados. Metrologia e Normatização 35 RESUMINDO: E então? O que achou deste capítulo? Vamos resumir o que vimos aqui? No capítulo 3 você aprendeu sobre a terceira área de conhecimento abrangida pela ciência da Metrologia, a chamada Metrologia Legal. Vimos que o objetivo maior desta área é assegurar a credibilidade das medições que são realizadas em áreas regulamentadas por autoridades governamentais. É fundamental que existam órgãos que controlem se os parâmetros e padrões estabelecidos estão realmente sendo respeitados, e se os ensaios e técnicas que permitem essa conferência estão sendo aplicados de forma correta, não é mesmo? Com esse intuito foi fundada, em 1955, a Organização Internacional de Metrologia Legal (OIML), que é um órgão intergovernamental responsável por garantir a implementação de infraestruturas confiáveis de metrologia legal que sejam compatíveis entre diversas as nações. Para isso, a OIML é responsável por diversas publicações e guias, que buscam informar, orientar e demonstrar como devem ser aplicados os parâmetros e modelos para regulamentos técnicos para instrumentos de medição. Vimos também que no Brasil, o órgão responsável por essa área é o Instituto Nacional de Metrologia Qualidade e Tecnologia (Inmetro) –uma autarquia federal, vinculada ao Ministério da Indústria-, tendo como incumbência elaborar e emitir regulamentos técnicos que abordem o controle metrológico legal, bem como assegurar seu o cumprimento no território nacional. De forma a assegurar a aplicação dos regulamentos técnicos em todos os estados, a estrutura do Inmetro compreende um conjunto de 24 órgãos e duas superintendências, formando a Rede Brasileira de Metrologia Legal e Qualidade – Inmetro (RBMLQ-I), sendo esta responsável pelas atividades de metrologia legal e a avaliação da conformidade em todo o Brasil. Aprendemos que muitos dos itens que consumimos no nosso dia a dia são antes analisados, ensaiados e verificados pelos órgãos de controle. Metrologia e Normatização36 RESUMINDO: A avaliação do Inmetro garante que as grandezas informadas nas etiquetas e rótulos dos produtos estejam corretas, que as especificações de equipamentos estejam de acordo com as Normas vigentes, que os instrumentos de medição estejam adequadamente calibrados e que as informações divulgadas ao consumidor estejam corretas, evitando fraudes ou riscos ao cidadão.Metrologia e Normatização 37 Conceitos de precisão e exatidão (Acurácia) INTRODUÇÃO: Neste capítulo vamos conhecer os conceitos de Precisão e Exatidão, entender a diferença eles e analisar alguns exemplos para melhor compreensão de tais termos. Tudo pronto? Descobrindo a Precisão O valor verdadeiro de uma grandeza física experimental muitas vezes é considerado o objetivo final do processo de medição. Sendo assim, podemos chamar o valor verdadeiro de valor alvo. Uma das maneiras de avaliar a qualidade do resultado de uma medição é fornecida pelo conceito de exatidão, que se refere à proximidade da medida com seu valor alvo. Figura 9 - Ilustração de alvo, para elucidar os conceitos de precisão e acurácia Fonte: Pexels Mas outra qualidade muito importante de uma medida experimental é seu grau de precisão, que se refere à dispersão entre medidas repetidas sob as mesmas condições. Medidas precisas são menos dispersas, ou seja, quando repetidas, elas tendem a fornecer os mesmos resultados (mas nem sempre os resultados mais próximos do valor alvo). Assim, Metrologia e Normatização38 diferente do que ocorre com a exatidão, a avaliação da precisão de uma medida não leva em consideração o valor verdadeiro. Por essas razões, antes de se discutir os conceitos de precisão e exatidão, é fundamental termos uma boa compreensão do conceito de valor verdadeiro. Na maioria das situações, podemos assumir que a grandeza experimental possui um único valor verdadeiro bem definido. À primeira vista, a ideia de que todas as grandezas físicas possuem um valor definido pode parecer uma tremenda obviedade. Por exemplo, ao realizar medições de qualquer natureza, é natural ocorrer variações nos processos industriais. Entende-se como precisão a proximidade entre os valores obtidos pela repetição do processo de medição, ou seja, é a tolerância do erro de medição para determinado medidor. Quanto mais precisa uma medição, menor será a variação ou erro de medição entre os valores obtidos, apresentando dessa maneira uma pequena dispersão. Agora que entendemos o que é valor o valor verdadeiro vamos seguir nossos estudos sobre a exatidão e a precisão! Descobrindo a Exatidão (Acurácia) A palavra acuracidade surgiu a partir da palavra inglesa accuracy, que significa exatidão e rigor. O termo é definido como exatidão de um valor obtido com relação a um valor tomado como referência. Medidas acuradas são aquelas cujo valor se aproxima do valor correto, ou seja, valor de referência ou valor alvo, Inmetro. Figura 10 - Ilustração demonstrando a diferença entre os conceitos de Precisão e Exatidão. Fonte: Vectorstock Metrologia e Normatização 39 Figura 11 - Demonstração dos disparos das 4 armas analisadas no Exemplo 1. Fonte: Vectorstock Entendendo a diferença entre a Precisão e a Exatidão Vamos utilizar dois exemplos para entendermos melhor as diferenças entre esses dois parâmetros que são tão frequentemente associados a equipamentos de medições em metrologia. Exemplo número 1, tiro ao alvo Para exemplificar, realizamos um teste de tiros ao alvo com 4 armas diferentes. O teste será realizado utilizando os seguintes parâmetros: • Arma situada a 500 m do alvo fixo; • Mirar apenas uma vez; • Disparar 20 tiros sem nova chance para refazer a mira; • Distribuição dos tiros no alvo é usada para qualificar as armas. Após os 20 tiros, as armas apresentam o seguinte comportamento: Metrologia e Normatização40 Como podemos observar na imagem acima, não há dúvidas quanto ao desempenho da arma 4, todos os tiros atingiram o centro do alvo (valor verdadeiro) com precisão e exatidão. Mas qual a arma que fica em segundo lugar? Os tiros da arma 3 se espalharam por uma grande área e nenhum deles acertou o centro do alvo, desta forma a arma número 3 não possui nem precisão nem exatidão. Restam as armas 1 e 2. A arma número 2 conseguiu atingir todos os tiros próximos ao centro do alvo, porém, os projéteis estão muito espalhados, há uma imprevisibilidade, caso fosse disparado um 21º tiro, não seríamos capazes de prever onde o projetil incidiria o alvo dentro do raio de dispersão. Esta arma tem uma precisão melhor que a arma número 3, porém não tem acurácia. Sendo assim a arma número 1, apesar de não ter acertado um único tiro no centro do alvo, ganha a 2ª posição na avaliação das armas, pois todos os projéteis atingiram exatamente a mesma posição no alvo. A precisão da arma 1 é um ponto favorável. Podemos assegurar que o problema dela é que sua mira está desregulada e um ajuste da mira a tornaria tão boa quanto a arma número 4. Exemplo número 2, chute a gol Um jogador de futebol está treinando cobranças de pênalti. Ele chuta a bola 10 vezes e nas 10 vezes acerta a trave do lado direito do goleiro. Este jogador foi extremamente preciso. Seus resultados não apresentaram nenhuma variação em torno do valor que se repetiu 10 vezes. Em compensação sua acurácia ou exatidão foi nula. Ele não conseguiu acertar o gol, “valor verdadeiro”, nenhuma vez. Metrologia e Normatização 41 Figura 12 - Ilustração exemplo 2. Fonte: Pixabay Ficou clara a diferença entre essas duas características de medição? Releia os exemplos quantas vezes precisar, e, caso queria se aprofundar ainda mais neste assunto, dê uma olhada nas referências bibliográficas para buscar maiores informações. REFLITA: Há muitos anos, antes de ser um país livre e soberano, a Suíça era governada por um regente autoritário chamado Gessler. Todo mundo tinha medo dele, porque quem desobedecesse às suas ordens era impiedosamente castigado. A única pessoa que não o temia era o bravo caçador das montanhas de nome Guilherme Tell, respeitado pelos seus conterrâneos por ser, além de um homem de bem, um exímio arqueiro. Ninguém o superava na pontaria certeira com o arco e a flecha. (BAGNO, 2014) Gessler, arrogante e vaidoso, gostava de aterrorizar a gente do povo. Por isso, mandou erguer na praça principal um poste no qual fez pendurar o seu chapéu. Diante desse símbolo de autoridade, todos os passantes deveriam se curvar. E todos obedeciam, por medo de ser cruelmente punidos. Todos, menos Guilherme Tell, que não se submetia Metrologia e Normatização42 àquela humilhação por considerá-la indigna. Até que um dia aconteceu de o próprio Gessler estar na praça quando Tell passou por ali com seu filho de 8 anos. (BAGNO, 2014) Figura 13 - Arqueiro, representando a Lenda Suíça de Guilherme Tell. Fonte: Pexels Vendo que o caçador não se curvará diante do chapéu, Gessler ficou furioso e mandou que seus soldados o agarrasse, gritando: - Tell, tu me desafiaste, e quem me desafia deverá morrer. Mas tu podes escapar da morte se fizeres o que eu te ordeno. O poderoso Gessler mandou que amarrassem o filho do caçador ao poste com uma maçã sobre a cabeça. Então, continuou: - Agora, Tell, terás de provar a tua fama de grande arqueiro acertando a maçã na cabeça do teu filho com uma única flechada. Se acertares, sairás livre. Se errares, serás executado aqui, na frente de todo este povo. E Guilherme Tell foi colocado no ponto mais distante da praça, com o seu arco e uma flecha. - Cumpra a minha ordem, gritou Gessler. Metrologia e Normatização 43 - Atire, meu pai, disse o menino. Eu não tenho medo. Guilherme Tell levantou o arco, apontou a flecha, esticou a corda e, de dentes cerrados, mirou em direção ao alvo. A flecha zuniu no ar e rachou ao meio a maçã sobre a cabeça da criança. Um suspiro de alívio subiu da multidão. Pegando o menino pela mão, Guilherme Tell deu as costas ao tirano e foi embora. Anos mais tarde, o arqueiro foi um valoroso combatente pela independência da sua terra e pela liberdade de seu povo. Essa é uma lenda popular suíça recontada por Tatiana Belinky. Pois então, podemos dizer que Guilherme Tell tinha precisão e exatidão com o arco e flecha? Ao acertar a maça, valor verdadeiro desta medição, podemosafirmar que Tell possuía exatidão ao utilizar o arco e flecha. Agora não podemos afirmar sua precisão apenas com um disparo, para isso seria preciso um experimento com vários disparos em um mesmo alvo e mesmas condições. Agora com certeza, podemos afirmar que Guilherme Tell era um arqueiro no mínimo corajoso! RESUMINDO: Conseguiu discernir a diferença entre precisão e exatidão? Foi possível visualizar a presença desses dois importantes conceitos em no seu dia a dia? Neste capítulo conhecemos a definição de Valor Verdadeiro ou valor alvo, sendo este o objetivo de muitos sistemas de medição. Conseguimos entender a relação entre precisão e repetitividade, sendo a precisão a capacidade de repetir resultados muito próximos de um mesmo valor, e não necessariamente próximos ao Valor Verdadeiro. Já a exatidão, ou acurácia, é a capacidade de atingir exatamente o valor verdadeiro, como no caso da lenda suíça do chapéu e da maçã. Metrologia e Normatização44 REFERÊNCIAS BAGNO, Marcos. Fábulas fabulosas. In: http://w3.ufsm.br/revistaideias/ Artigos%20revista%2018%20em%20PDF/a%20fabula %20como%20recurso. pdf. 2014. Acesso em 30/03/2020. BIPM. Escritório Internacional De Pesos E Medidas. Disponível em: <https:// www.bipm.org>. Acesso em 25 fev 2020. BIPM. What is metrology? Disponível em: <https://www.bipm.org/en/ worldwide-metrology/> Acesso em: 24/02/2020). BIPM. About Us. Disponível em: <https://www.bipm.org/en/about-us/>. Acesso em: 24/02/2020). COSTA-FELIX, Rodrigo; BERNARDES, Américo. Metrologia Vol.1 Fundamentos – 2017. INMETRO. Medições na Vida Cotidiana. Disponível em: <https://www. youtube.com/watch?v=K22wxQwkV60>. Acesso em : 25 de fev. 2020. INMETRO. Guia de Boas Práticas de Regulamentação. s.d. INMETRO. Práticas de metrologia. Disponível em: <https://www4.inmetro. gov.br/>. Acesso em 25 fev 2020. INMETRO. Instituto Nacional de Metrologia Qualidade e Tecnologia Inmetro. Metrologia Científica. Disponível em: <http://www.inmetro.gov.br/ metcientifica/index.asp>. Acesso em: 24/02/2020). INSTITUTO DE PESOS E MEDIDAS DO ESTADO DE SÃO PAULO. IPEM-SP. Disponível em: <http://www.ipem.sp.gov.br/index.php>. Acesso em 25 fev 2020. KULA, Witold. Mesasures and Men (Medidas e o Homen), 1970. Editora: Princeton University Press. ISBN-10: 0691639078. Metrologia e Normatização 45 LIRA, FRANCISCO ADVAL. Metrologia Dimensional Técnicas de medição e instrumentos para controle e fabricação Industrial. Editora Saraiva. 2015. MOURA, Patrícia. Metrologia no Brasil do século XIX: da implementação do sistema métrico francês a estruturação científico-filosófica no século XX. Revista Analytica. Disponível em: <https://revistaanalytica.com.br/metrologia-no- brasil-do-seculo-xix-da-implementacao-do-sistema-metrico-frances-a- estruturacao-cientifico-filosofica-no-seculo-xx/>. Acesso em 25 fev 2020. OIML D 2010. Considerations for a Law on Metrology. Organisation Internacionale de Métrogie Legale, 2012. Disponível em: < https://www.oiml. org/en/publications/bulletin/pdf/oiml_bulletin_oct_2010.pdf> Acesso em: 30/03/2020. THOMSOM, Wiliam. Mathematical and Fisical Vol1, 1882, Cambridge. VIM. Vocabulário internacional de metrologia, 2012. Disponível em: <http:// www1.ipq.pt/PT2Metrologia/Documents/VIM_IPQ_INMETRO_2012.pdf>. Acesso em: 25 fev 2020. Andrew Schaedler Metrologia e Normatização