Uso de Paquímetro e Micrômetro na Metrologia

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Sumário
1 – Objetivo......................................................................................................................02
2 – Introdução Teórica .....................................................................................................03
3 – Procedimento..............................................................................................................10
4 – Resultados..................................................................................................................11
5 –Discussão....................................................................................................................12
6 –Conclusão....................................................................................................................14
7 –Bibliografia...................................................................................................................14
1 - Objetivo
Uso de equipamentos de medição com comparação entre paquímetro e micrômetro na escala em milímetros. Determinação da densidade de objetos de prova.
2- Introdução Teórica
O uso dos dispositivos paquímetro e micrômetro é de suma importância para a metrologia, já que é um dos vários instrumentos utilizados para a aprendizagem dessa ciência. O paquímetro possui duas escalas de medidas: uma no sistema métrico decimal e a outra no sistema americano (polegada). Já o micrômetro afere dimensões lineares de um objeto com precisão da ordem de micrômetros, que são a milionésima parte do metro.
Segundo Guedes (2011), a metrologia é a ciência da medição, compreendida em todos os seus aspectos teóricos e práticos. Nessa ciência estudam-se temas como os processos de medição, as unidades de medida, assim como, os dispositivos utilizados nesse processo.
Os instrumentos de medição de grandezas têm sido manipulados pelo homem desde os seus primórdios e o desenvolvimento do emprego desses dispositivos é parte relevante do crescimento das civilizações. Atualmente, a indústria é uma atividade humana em que se recorre permanentemente a medições de grandezas por instrumentos e isso, se repete em todas as atividades científicas.
A metrologia consiste-se de uma ciência da medição que abrange todos os aspectos teóricos e práticos relativos às medições, qualquer que seja a incerteza, em quaisquer campos da ciência ou tecnologia. (INMETRO, 2012).
Todo engenheiro realiza frequentemente medições experimentais em sua atividade profissional e utiliza normas e regulamentos técnicos para atender às exigências de Avaliação da Conformidade em produtos, processos ou serviços. Este profissional deve estar apto a identificar e atender às demandas sociais, tecnológicas e científicas de um processo produtivo, que deve estar presente em sua rotina.
Paquímetro: Em Portugal, no século XVI, o comércio marítimo é a principal fonte de riqueza do país. Portanto, Pedro Nunes foi um dos desenvolvedores dos instrumentos que auxiliavam a navegação em alto mar (REIS, 1999).
Um dos dispositivos que criou, o calibrador, está diretamente baseado no princípio de funcionamento do nônio, na concepção do uso de uma escala auxiliar móvel para facilitar a leitura das frações. Este calibrador é conhecido também como paquímetro. Na aparência, o nônio de Pedro Nunes e o calibrador de Vernier são instrumentos muito diferentes. O nônio de Nunes, é um instrumento móvel em forma de quadrante (MEDEIROS et al, 2004). 
Já o calibrador de Vernier é composto de duas réguas com duas escalas numa proporção que depende da precisão do instrumento, em que a parte fracionária encontra-se no ponto de interseção das graduações. Apesar de terem formatos consideravelmente distintos, o princípio que fundamenta os dois instrumentos é exatamente o mesmo: a idéia da escala auxiliar móvel, que no calibrador de Vernier é denominado também de nônio ou, alternativamente, de Vernier. Ele permite medir frações das divisões da escala contida na régua principal. A graduação da régua principal é feita em milímetros no corpo da peça, como em uma régua normal. A graduação da parte deslizante, ou nônio, contém 20 subdivisões quando se trata, por exemplo, de um instrumento para medir com uma aproximação de 0,05 mm, como é o caso do paquímetro abaixo descrito. Neste caso, podemos realizar medições em múltiplos de 5 centésimos de milímetro (MEDEIROS et al, 2004).
Etimologicamente, o termo deriva de paqui (espessura) e metro (medida) e a imagem a seguir dá uma primeira ideia do dispositivo, ver figura :
FIGURA 1 – PARTES DO PAQUÍMETRO
Adaptado de http://paquimetro.reguaonline.com/
	Em um paquímetro temos:
Orelha fixa
Orelha móvel
Nônio ou vernier *(polegada)
Parafuso e trava
Cursor
Escala fixa
Bico fixo
Encosto fixo
Encosto móvel
Bico móvel
Nônio ou vernier (milímetro)
Impulsor
Escala fixa de milímetros
Haste de profundidade
	Existem inúmeros tipos de paquímetros:
Paquímetro universal:  É o paquímetro mais utilizado nas medições internas, externas, ressaltos e profundidade.
Paquímetro universal com relógio: O relógio acoplado no cursor facilita a leitura.
Paquímetro com bico móvel (basculante): Empregado para medir peças cônicas ou peças com rebaixos de diâmetros diferentes.
Paquímetro de profundidade: Serve para medir a profundidade de furos não vazados, rasgos, rebaixos, etc.
Paquímetro duplo: Serve para medir dentes de engrenagem.
Micrômetro: A história do micrômetro remete-se ao século 19. Em 1848, ou seja, a mais de 160 anos, o Parisiense Jean Louis Palmer requereu uma patente para uma invenção de um instrumento de medição que usava o sistema de porca e parafuso. Era o início do micrômetro, um instrumento que media com uma precisão de centésimos de milímetro. Ele foi aperfeiçoado com o tempo e passou a ser mais preciso que um paquímetro e hoje conta com resoluções de 0,01 a 0,001mm (TECMECÂNICO, 2016).
Segundo a publicação da Indústria Hoje (2013), com o micrômetro pode-se ter medidas lineares, sendo normalmente usado quando a medição exige uma precisão acima da possibilitada com um paquímetro. O princípio de medição do micrômetro baseia-se no deslocamento axial de um parafuso micrométrico com passo de alta precisão dentro de uma rosca ajustável.
Em outras palavras, o seu mecanismo consiste no sistema porca-parafuso, no qual, o parafuso avança ou retrocede na porca na medida em que o parafuso é girado em um sentido ou noutro em relação à porca. A circunferência de rosca (tambor) é dividida em 50 partes iguais, possibilitando leituras de 0,01mm a 0,001mm (INDÚSTRIA HOJE, 2013).
FIGURA 2 – PARTES DO MICRÔMETRO
Adaptado de http://superusinagem.blogspot.com/2013/01/o-micrometro.html
	O micrômetro é composto de mais partes que um paquímetro, inclusive possui partes mais delicadas e menores para possibilitar medições mais precisas (USINAGEM, 2013).
	Em um micrômetro temos:
Arco
Contato fixo
Contato móvel
Fuso
Bainha ou cilindro
Bucha interna
Porca de ajuste
Catraca
Tambor
Parafuso micrométrico
Isolamento térmico
Trava de parafuso micrométrico
	Existem inúmeros tipos de micrômetros:
De profundidade: Conforme a profundidade a ser medida, utilizam-se hastes de extensão, que são fornecidas juntamente com o micrômetro.
Com arco profundo: Serve para medições de espessuras de bordas ou de partes salientes das peças.
Com disco nas hastes: O disco aumenta a área de contato possibilitando a medição de papel, cartolina, couro, borracha, pano etc. Também é empregado para medir dentes de engrenagens.
Para medição de roscas: Especialmente construído para medir roscas triangulares, este micrômetro possui as hastes furadas para que se possa encaixar as pontas intercambiáveis, conforme o passo para o tipo da rosca a medir.Com contato em forma de V: É especialmente construído para medição de ferramentas de corte que possuem número ímpar de cortes (fresas de topo, macho, alargadores etc.). Os ângulos em V dos micrômetros para medição de ferramentas de 3 cortes é de 60º; 5 cortes, 108º e 7 cortes, 128º34’17".
Para medir parede de tubos: Este micrômetro é dotado de arco especial e possui o contato a 90º com a haste móvel, o que permite a introdução do contato fixo no furo do tubo.
Contador mecânico: É para uso comum, porém sua leitura pode ser efetuada no tambor ou no contador mecânico. Facilita a leitura independentemente da posição de observação (erro de paralaxe).
Digital eletrônico: Ideal para leitura rápida, livre de erros de paralaxe, próprio para uso em controle estatístico de processos, juntamente com microprocessadores.
Os erros de medição podem ser associados em dois grandes conjuntos (VUOLO, 1992):
a) Erro sistemático é sempre o mesmo nos n resultados. Isto é, se só existisse erro sistemático, os n resultados Yi seriam iguais e a diferença para o valor verdadeiro yV seria a mesma. 
b) Erro estatístico ou erro aleatório, é um erro tal que os n resultados yi distribuem-se aleatoriamente em torno do verdadeiro valor Yv, na ausência de erro sistemático (VUOLO, 1992).
Segundo Vuolo (1992), os erros sistemáticos podem ser classificados em:
a) instrumentais, que resultam de defeitos no próprio aparelho de medição. No caso em foco, uma régua graduada com falha de fabricação em que o comprimento indicado como 1 cm, não possui, de fato, esse comprimento, acarreta um erro em toda a medição em que for utilizada;
b) ambientais, são erros provenientes das condições físicas do local em que é feita a medição. Por exemplo, em um ambiente com a temperatura elevada um paquímetro metálico pode sofrer dilatação e acarretar erros na medição;
c) observacionais, que é um erro sistemático devido a pequenas falhas de procedimento ou limitações do próprio observador. Um desses erros, na medição com uma régua graduada, o de paralaxe, resulta do não alinhamento correto entre o olho do experimentador, o indicador da leitura e a escala da régua;
d) teórico, que resulta do emprego de um modelo teórico que não é uma boa aproximação do fenômeno envolvido na medição. 
Aplicações do Micrômetro nas Engenharias Civil, Elétrica e Produção
		O paquímetro e micrômetro são instrumentos muito utilizados na Engenharia Civil para medir a distância entre dois lados simetricamente opostos em um objeto. É utilizado para conferência das medidas de espessura de pisos, bitolas de cabo (elétricos e de aço), medida de espessura de concreto recém aplicado, conforme orientação do projeto. Para conferência da medida de peças que compõem uma estrutura metálica (radie, coluna, viga, cinta e etc.) na confecção de um lado de engenharia estrutural. É utilizado para medir comprimento de rocas, espessura da parede, diâmetro dos canos, é utilizado também na pavimentação de ruas e estradas, para verificação da espessura do asfalto aplicado, seguindo as orientações do projeto.
	O micrômetro é muito utilizado na Engenharia Civil para a medição de diâmetros internos, externas, profundidades, pequenas espessuras, ressaltos, medição de rosca, de fundos ou perfis, materiais flexíveis, medição de dentes de engrenagens e várias outras características. Suas características construtivas são semelhantes para todos os modelos, modificando-se apenas os formatos que variam de acordo com a finalidade de utilização. Os engenheiros entendem que embora os cálculos de suas medidas sejam semelhantes às do paquímetro, o micrômetro utiliza um princípio diferente para medir.
	Tanto o paquímetro quanto o micrômetro, por serem capazes de medir com precisão os componentes milimétricos, são extremamente importantes para a engenharia elétrica. Uma de suas principais aplicações se dá na confecção de circuitos integrados que utilizam robótica para sua construção. Nessa linha de produção é necessário que a programação do sistema seja feita de forma exata, levando em consideração o tamanho dos microcomponentes. Portanto, se faz necessário a medição milimétrica dos componentes.
	Na engenharia de produção, ambas as ferramentas (micrômetro e paquímetro) são amplamente utilizados para conferência de medidas milimétricas nos setores de qualidade, dos produto produzidos no chão da fábrica. Medidas de peças de motores na indústria automobilística, na conferências dos encaixes. Na indústria de fabricação de móveis, também é comum a utilização destas ferramentas devido a grande precisão em milímetros que elas garantem para a escolha da utilização de peças adequadas para uma demanda (parafusos, pregos, cavilha, dentre outras).
	Na fabricação de revestimentos, todas as fornadas são conferidas com o uso destas ferramentas, a fim de verificar se as medidas de espessura estão dentro dos limites estabelecidos para que não haja diferença na aplicação do revestimento na prática e que não comprometa a resistência do produto.
	Em atividades voltadas a indústria, o paquímetro pode ser utilizado para medir diâmetros e espessuras de ferramentas ou embalagens. Neste caso podemos citar o exemplo de um determinado aplicador de produto, para que haja maior incentivo ao consumo do mesmo, sem a percepção dos consumidores, os engenheiros de produção de uma indústria podem utilizar o paquímetro para mensurar o tamanho de uma embalagem ou diâmetro de seus aplicadores, para que assim haja o aumento do tamanho dos aplicadores e o consumidor “final” passe a utilizar o produto em maiores quantidades de maneira que o mesmo não perceba, fazendo assim com que o consumo aumente e em consequência o lucro da empresa.
3-Procedimento:
Separar pelo menos, 2 peças para as medições;
Registrar através de fotos ou desenho as posições em que as peças serão medidas;
Registrar pelo menos 2 medidas de cada peça no paquímetro e no micrômetro;
Montar um quadro com as medidas;
Escolher uma esfera para a determinação da sua densidade;
Realizar as medidas necessárias para a determinação do seu volume, com o auxílio do paquímetro e do micrômetro;
Fazer a medida da massa através do uso da balança de precisão;
Desenvolver os cálculos com o uso da relação matemática para a densidade da esfera.
4- Resultados:
	As peças analisadas tais como arruela, porca e esfera foram medidas através dos instrumentos paquímetro e micrômetro, com duas medidas em cada peça no seu diâmetro e espessura. Abaixo apresentaremos os materiais utilizados no experimento – figura 3 e a tabela 1 com suas respectivas medidas especificada por meio dos instrumentos de medidas.
FIGURA 3 – MATERIAL PARA O EXPERIMENTO
 
TABELA 1 – MEDIÇÕES DAS PEÇAS
	Peças 
	Paquímetro
	Micrômetro
	
	Diâmetro
	Espessura
	Diâmetro
	Espessura
	Arruela
	22,05 mm
	1,20 mm
	22,13 mm
	1,17 mm
	Porca
	19,00 mm
	13,70 mm
	19,00 mm
	13,77 mm
	Esfera
	18,00 mm
	-
	18,00 mm
	-
	A densidade da esfera pode ser calculada através da fórmula: D = m/v, onde D é a densidade, m é a massa e v é o volume. Diante disso, com um paquímetro e o micrômetro, mediram-se o diâmetro, sendo encontrados 18,00 mm respectivamente. O raio é a metade do diâmetro, logo equivale à 0,9 mm. A esfera foi colocada em uma balança de precisão, medindo-se sua respectiva massa de 23,93 g. A fórmula matemática utilizada para determinar o volume da esfera é a seguinte: 
O valor mais provável do diâmetro vale 18,00 mm, logo a medida mais provável do raio é a metade desse valor, que equivale a 9,00 mm e transformando para 0,9 cm para fazer o cálculo da densidade. Desse modo, o volume da esfera, sendo π = 3,141592, é igual a 3,053627 cm³. E a densidade da esfera será de 7, 836582 g/cm³, veja os cálculos abaixo.
Densidade 
da esfera
D= 
m
 
 v
D = 
23,93
 3,053627
D = 7, 836582 
g/cm³
Massa da esfera = 23,93 g.
Volume da esfera
 
V = 
4. 3,141592. 0,9³
 3
V = 3,053627 cm³5- Discussão:
	Os objetivos do experimento eram fazermos o uso dos instrumentos de medição com comparação entre paquímetro e micrômetro na escala em milímetros e determinarmos a densidade da esfera. Para alcançarmos estes objetivos, utilizamos instrumentos de laboratório de Física para coletarmos dados sobre os materiais, analisamos os dados com cálculos e para finalizarmos, estudamos as incertezas das medidas.
	De fato, foram realizadas as medidas das peças, com a utilização do paquímetro e do micrômetro de 3 (três) peças com duas medidas diferentes de diâmetro e espessura.
	Partimos do princípio que, as peças se apresentavam com deformidades e que também os instrumentos de medidas podiam estar descalibrados, fazendo com que fossem alterados os valores de medida e gerando uma incerteza do resultado de uma medição.
	A primeira peça medida foi a arruela, com o auxílio do paquímetro e do micrômetro, com duas medidas distintas de diâmetro e espessura. No paquímetro, com diâmetro de 22,05 mm e espessura de 1,20 mm. Já no micrômetro, com diâmetro de 22,13 mm e espessura de 1,17 mm.
	A segunda peça medida foi a porca, com o auxílio do paquímetro e do micrômetro, com duas medidas distintas de diâmetro e espessura. No paquímetro, com diâmetro de 19,00 mm e espessura de 13,70 mm. Já no micrômetro, com diâmetro de 19,00 mm e espessura de 13,77 mm.
	A terceira peça medida foi a esfera, com o auxílio do paquímetro e do micrômetro, somente com a medida do diâmetro. Tanto o paquímetro quanto o micrômetro deram respectivamente o diâmetro de 18,00 mm. 
	Os instrumentos de medidas utilizados foram o paquímetro que possui um nônio com 20 divisões e uma sensibilidade de 0,05 mm e o micrômetro, cuja a circunferência de rosca (tambor) é dividida em 50 partes iguais, possibilitando leituras de 0,01mm a 0,001mm .
	Para a determinação de densidade da esfera foi utilizada a balança e os instrumentos de medidas. O valor mais provável do diâmetro da esfera valia 18,00 mm, logo a medida mais provável do raio era a metade desse valor, que equivalia a 9,00 mm e transformando para 0,9 cm para fazermos o cálculo da densidade. Desse modo, o volume da esfera, sendo π = 3,141592, era igual a 3,053627 cm³ e a densidade da esfera era de 7, 836582 g/cm³,
	Portanto, constatamos que, a margem de erro para os instrumentos utilizados no experimento são mínimas, devido a pequenas falhas de procedimento ou limitações do próprio examinador. Um desses erros, na medição com uma régua graduada, é o que designamos de paralaxe, resultando do não alinhamento correto entre o olho do experimentador, o indicador da leitura e a escala da régua.
	
	
6- Conclusão: 
	O uso dos dispositivos paquímetro e micrômetro é de suma importância para a metrologia, já que é um dos vários instrumentos utilizados para a aprendizagem dessa ciência e principalmente aos engenheiros, já que realizam frequentemente medições experimentais em sua atividade profissional e utiliza normas e regulamentos técnicos para atender às exigências de Avaliação da Conformidade em produtos, processos ou serviços.
	Foram levadas como hipóteses, as peças que se apresentavam com deformidades e/ou também que, os instrumentos de medidas partiam de uma premissa de estarem descalibrados, fazendo com que esses resultados fossem alterados no ato da análise de medida e gerando uma incerteza do resultado de uma medição.
	Após a utilização desses instrumentos, concluímos que, o micrômetro em relação ao paquímetro é um melhor instrumento para se fazer medições, já que ele possui maior precisão e com isso, identificamos que, houve pequenas variações entre os valores mensurados pelos instrumentos.
	Observamos que, a margem de erro para os instrumentos utilizados no experimento são mínimas, devido a pequenas falhas de procedimento ou limitações do próprio observador denominada paralaxe, resultando do não alinhamento correto entre o olho do experimentador, o indicador da leitura e a escala da régua.
	E por fim, determinamos o volume da esfera, sendo π = 3,141592, é igual a 3,053627 cm³ e a densidade da esfera será de 7, 836582 g/cm³.
7- Bibliografia: 
GUEDES, P. Metrologia Industrial. Lisboa: ETEP, 2011.
INMETRO, Vocabulário Internacional de Metrologia (VIM): Conceitos fundamentais e gerais e termos associados (VIM, 2012). Rio de Janeiro, 2012.
MEDEIROS, A.; MEDEIROS, C.F.; MONTEIRO JR., F. N. Pedro Nunes e o problema histórico da compreensão da medição das frações. Ciência & Educação, 2004. 
REIS, A. O Nônio de Pedro Nunes. Lisboa: Oceanos, 1999.
VUOLO, J. H. Fundamentos da Teoria de Erros. São Paulo: Edgard Blücher Ltda, 1992.
https://www.industriahoje.com.br/o-que-e-um-micrometro - Acesso em: 28 ago. 2018
http://www.maxicar.com.br/2015/05/e-o-simplorio-paquimetro-revoluciona-a-industria/ Acesso em: 28 ago, 2018.
http://paquimetro.reguaonline.com/ - Acesso em: 28 ago. 2018.
http://superusinagem.blogspot.com/2013/01/o-micrometro.html - Acesso em: 28 ago. 2018
http://tecmecanico.blogspot.com.br/2011/09/leitura-de-micrometro.html - Acesso em: 
28 ago. 2018.