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Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 1 APOSTILA DE METROLOGIA Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 2 SUMÁRIO 1. CAPITULO .............................................................................................................................................. 4 1.1. CÚBITO REAL EGÍPCIO ......................................................................................................................... 4 1.2. SISTEMA METRICO DECIMAL .............................................................................................................. 6 1.2.1. MÚLTIPLOS E SUBMÚLTIPLOS DO METRO ............................................................................. 6 1.2.2. LEITURA DAS MEDIDAS DE COMPRIMENTO ......................................................................................... 7 1.2.3. UNIDADES DE ÁREA ....................................................................................................................... 8 1.2.4. UNIDADES DE CAPACIDADE ...................................................................................................... 10 1.3 SISTEMA INGLES .............................................................................................................................. 11 2. CAPITULO ............................................................................................................................................ 13 2.1. METROLOGIA......................................................................................................................................... 13 2.2. CONCEITOS FUNDAMENTAIS ........................................................................................................... 13 2.3. MEDIÇÃO ................................................................................................................................................ 14 2.4. VALOR VERDADEIRO CONVENCIONAL .......................................................................................... 16 2.5. CALIBRAÇÃO ......................................................................................................................................... 16 2.6. IMPORTANCIA DA METROLOGIA PARA AS EMPRESA ................................................................ 17 3. CAPITULO ............................................................................................................................................ 19 3.1. ÁREAS DA METROLOGIA .................................................................................................................... 19 4. CAPITULO ............................................................................................................................................ 20 4.1. PROCESSO DE MEDIÇÃO................................................................................................................... 20 4.1.1. FATORES METROLÓGICOS ........................................................................................................ 20 4.2. METODOS ............................................................................................................................................... 20 4.2.1. MÉTODO DE MEDIÇÃO DIRETO ................................................................................................ 20 4.2.2. MÉTODO DE MEDIÇÃO INDIRETO ............................................................................................ 21 5. CAPITULO ............................................................................................................................................ 22 5.1. INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO ......................................................................................................... 22 5.1.1. TRENAS ............................................................................................................................................ 22 5.1.2. RÉGUAS ........................................................................................................................................... 23 RÉGUAS GRADUADAS SEM ENCOSTO .............................................................................................. 23 RÉGUAS GRADUADAS COM ENCOSTO ............................................................................................. 23 RÉGUAS GRADUADAS COM ENCOSTO INTERNO .......................................................................... 24 RÉGUAS GRADUADAS DE PROFUNDIDADE ..................................................................................... 24 5.1.3. PAQUÍMETRO ................................................................................................................................. 26 5.1.4. MICRÔMETRO ................................................................................................................................ 35 6. CAPITULO ............................................................................................................................................ 39 6.1. CALIBRAÇÃO ......................................................................................................................................... 39 6.2. AJUSTE .................................................................................................................................................... 40 6.3. REGULAGEM .......................................................................................................................................... 40 6.4. VERIFICAÇÃO ........................................................................................................................................ 40 6.5. RASTREABILIDADE .............................................................................................................................. 41 6.5.1. PADRÃO INTERNACIONAL .......................................................................................................... 42 6.5.2. PADRÃO NACIONAL ...................................................................................................................... 42 6.5.3. PADRÃO DE REFERÊNCIA .......................................................................................................... 42 6.5.4. PADRÃO DE REFERÊNCIADA DA RBC ..................................................................................... 42 Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 3 6.5.5. PADRÃO INDUSTRIAL................................................................................................................... 42 6.6. INTERVALOS DE CALIBRAÇÃO ......................................................................................................... 42 6.6.1. RECOMENDAÇÕES PARA INTEVALOS INICIAIS DE CALIBRAÇÃO ................................... 43 6.6.2. TIPOS DE CALIBRAÇÃO ............................................................................................................... 44 6.6.3. ESCOLHA DOS INSTRUMENTOS CRITICOS DA EMPRESA ................................................ 46 6.6.4. CERTIFICADO DE CALIBRAÇÃO ................................................................................................ 46 7. CAPITULO ............................................................................................................................................ 49 7.1. CONTROLE DE QUALIDADE ............................................................................................................... 49 7.2. INCERTEZA DE MEDIÇÃO................................................................................................................... 51 8. CAPITULO ............................................................................................................................................ 52 8.1. ERROS..................................................................................................................................................... 52 8.2. ERRO DE HISTERESE (H) ................................................................................................................... 52 8.3. ERRO FIDUCIAL .................................................................................................................................... 52 8.4. ERRO PARALAXE.................................................................................................................................. 53 8.5. ERRO DE MEDIÇÃO ............................................................................................................................. 54 8.6. ERRO SISTEMÁTICO (ES) /TENDÊNCIA (TD) / CORREÇÃO (C) ................................................ 54 8.7. ERRO ALEATÓRIO (EA) ....................................................................................................................... 56 8.8. ERRO GROSSEIRO (EG) ..................................................................................................................... 57 8.9. CARACTERIZAÇÃO DE ERROS SISTEMÁTICOS E ALEATÓRIOS (EXATIDÃO E REPETITIVIDADE) ......................................................................................................................................... 57 8.10. MINIMIZAÇÃO DO ERRO DE MEDIÇÃO ......................................................................................... 59 8.11. MODELAÇÃO CORRETA DO PROCESSO DE MEDIÇÃO ........................................................... 59 8.12. SELEÇÃO CORRETA DO SM ............................................................................................................ 60 8.13. ADEQUAÇÃO DO ERRO MÁXIMO DO SISTEMA DE MEDIÇÃO ................................................ 60 8.14. CALIBRAÇÃO DO SISTEMA DE MEDIÇÃO .................................................................................... 61 8.15. AVALIAÇÃO DAS INFLUÊNCIAS DAS CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO DO SM .................................................. 61 8.16. CALIBRAÇÃO "IN LOCO" DO SISTEMA DE MEDIÇÃO ................................................................................. 61 9. CAPITULO ............................................................................................................................................ 62 9.1 AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DO PROCESSO DE MEDIÇÃO (Cgk)..................................... 62 10. CAPITULO .......................................................................................................................................... 65 EXERCÍCIOS ............................................................................................................................................ 65 Capitulo 1 .......................................................................................................................................................... 65 Capitulo 2 .......................................................................................................................................................... 68 CAPITULO 3 ....................................................................................................................................................... 71 CAPITULO 4 ....................................................................................................................................................... 72 CAPITULO 5 ....................................................................................................................................................... 73 CAPITULO 6 ....................................................................................................................................................... 82 CAPITULO 7 ....................................................................................................................................................... 85 CAPITULO 8 ....................................................................................................................................................... 87 Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 4 1. CAPITULO BREVE HISTÓRICO O homem cedo percebeu que “apenas” medir não era suficiente, devido à grande diversidade de unidades e suas denominações entre uma região e outra. Além disso, variavam também seus valores, e para que as medições tivessem sentido, elas teriam que concordar umas com as outras. Padrões de comprimento baseados no corpo humano, tais como a mão, o palmo e o pé, foram usados no início dos tempos. O primeiro padrão conhecido surgiu no Egito com o faraó Khufu, durante a construção da Grande Pirâmide (ano 2900 antes de Cristo). Era um padrão de granito preto, e foi chamado de “Cúbito Real Egípcio” definido pelo comprimento do braço medido do cotovelo à extremidade do dedo médio distendido. Tendo por padrão, o "cúbito real". 1.1. CÚBITO REAL EGÍPCIO Tinha o comprimento equivalente do antebraço até a mão do faraó. Este padrão de trabalho foi muito eficiente, pois garantiu uma base para a pirâmide quase que perfeitamente quadrada (o comprimento de cada lado da base não desviou mais que 0,05% do seu valor médio de 228,6 metros). O "cúbito" (equivalente a pouco mais de 0,5 metros) é dividido em 28 dedos, cinco "dedos" constituiam a "mão" e doze "dedos" formam um "vão". O primeiro dos dedos era subdividido em 2 partes iguais, o segundo em 3, o terceiro em 4 e assim por diante até o décimo quinto "dedo" que continha 16 subdivisões, cada uma entendida como a menor subunidade de comprimento. Assim, um "cúbito" continha 28x16=448 dessas subdivisões e permitia a medida de, no mínimo, 1/448 do "cúbito" (pouco mais de 1 milímetro) Em 1305, na Inglaterra, o rei Eduardo I decretou que fosse considerada como uma polegada à medida de três grãos secos de cevada, colocados lado a lado para uniformizar as medidas em certos negócios. Os sapateiros ingleses gostaram tanto da ideia que passaram a fabricar, pela primeira vez na Europa, sapatos com tamanho padrão baseados nessa unidade. Desse modo, um calçado medindo quarenta grãos de cevada passou a ser conhecido como tamanho 40, e assim por diante. No comércio de tecidos, a unidade de comprimento escolhida foi o comprimento do antebraço humano até a ponta do dedo indicador. Essa escolha rapidamente apresentou problemas, pois os comerciantes passaram a selecionar como vendedores pessoas com braços curtos, inviabilizando dessa forma a adoção deste sistema de unidade. No fim do século XVIII, após a revolução Francesa de 1789, a academia de Ciência de Paris recebeu instruções da Assembléia Nacional Constituinte do novo Governo Republicano Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 5 para propor um sistema de pesos e medidas baseado numa constante natural e que pudesse ser também adotado por todas as outras nações – seguindo os princípios da Revolução Francesa de “Liberdade, Igualdade e Fraternidade”, criar um sistema que fosse, de fato, internacional. O novo sistema criou o “metro” como unidade de comprimento (o metro valia 0,1 x 10 -6 da distância entre o Pólo Norte e a linha do Equador, medido ao longo do meridiano que passava pelo Observatório de Paris). Criou-se, também, uma unidade de massa igual ao peso de um decímetro cúbico (dm 3 ) de água (1 dm 3 = 1 litro). O dm 3 tornou-se a unidade de volume. Em 1799, o metro foi materializado por uma barra de platina de seção retangular com 25,3 mm de largura e 4 mm de espessura para 1 metro de comprimento de ponta a ponta. Ao mesmo tempo foi confeccionado um padrão de quilograma para representar o peso de1 dm³ de água pura na temperatura de 4,44°C. O quilograma foi um cilindro de platina com diâmetro igual à altura de 39 mm. Esses padrões vigoraram por mais de 90 anos. O sistema métrico não entrou em vigor sem encontrar resistências, principalmente na massa da população que suscitou a maior oposição. O governo francês não se deixou abater pelas revoltas e caçoadas e manteve-se firme, firmeza essa coroada de êxitos e à qual devemos os benefícios que hoje desfrutamos. Em 1875 surgiu a Convenção Internacional do Metro, e em 1960 o sistema foi revisado, simplificado e passou a ser chamado de “SI – Sistema Internacional de Unidades”. No Brasil diversas tentativas de uniformização das unidades de medir foram realizadas durante o Primeiro Império, mas somente em 1862, com a Lei Imperial nº 1.157 promulgada por D. Pedro II, foi adotado oficialmente no país o sistema métrico francês. No regime republicano, o Decreto-Lei nº. 592 de 1938, obrigou a utilização no país do Sistema Métrico Decimal. A execução desse decreto-lei dói atribuída ao Instituto Nacional de Tecnologia – INT (do então Ministério do Trabalho, Indústria e Comércio) –por meio da Divisão de Metrologia, ao Observatório Nacional e a uma Comissão de Metrologia com funções normativas e consultivas. O crescimento industrial tornou necessária a criação de mecanismos eficazes de controle que impulsionassem e protegessem os produtores e consumidores brasileiros. Em 1961 foi criado o INPM – Instituto Nacional de Pesos e Medidas – que implantou a Rede Nacional de Metrologia Legal (atuais IPEMs – Institutos Estaduais de Pesos e Medidas) e instituiu o SI no Brasil. Em 1973, em substituição ao INPM, foi criado o INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia, Normatização e Qualidade Industrial - cuja missão é “contribuir decisivamente para o desenvolvimento sócio-econômico e melhoria na qualidade de vida da sociedade brasileira, utilizando instrumentos da Metrologia e da Qualidade de forma a promover a inserção competitiva e o avanço tecnológico do país, assim como assegurar a proteção do cidadão especialmente nos aspectos ligados à saúde, a segurança e ao meio ambiente”. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 6 1.2. SISTEMA METRICO DECIMAL O SISTEMA MÉTRICO DECIMAL é parte integrante do Sistema de Medidas. É adotado no Brasil tendo como unidade fundamental de medida o metro. O Sistema de Medidas é um conjunto de medidas usado em quase todo o mundo, visando padronizar as formas de medição. 1.2.1. MÚLTIPLOS E SUBMÚLTIPLOS DO METRO Além da unidade fundamental de comprimento, o metro, existem ainda os seus múltiplos e submúltiplos, cujos nomes são formados com o uso dos prefixos: quilo, hecto, deca, deci, centi e mili. Observe o quadro: Os múltiplos do metro são utilizados para medir grandes distâncias, enquanto os submúltiplos, para pequenas distâncias. Para medidas milimétricas, em que se exige precisão, utilizamos: mícron (µ) = 10-6 m angströn (Å) = 10-10 m Para distâncias astronômicas utilizamos o Ano-luz (distância percorrida pela luz em um ano): Ano-luz = 9,5 · 1012 km O pé, a polegada, a milha e a jarda são unidades não pertencentes ao sistemas métrico decimal, são utilizadas em países de língua inglesa. Observe as igualdades abaixo: Pé = 30,48 cm Polegada = 2,54 cm Jarda = 91,44 cm Milha terrestre = 1.609 m Milha marítima = 1.852 m Observe que: 1 pé = 12 polegadas 1 jarda = 3 pés Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 7 1.2.2. LEITURA DAS MEDIDAS DE COMPRIMENTO A leitura das medidas de comprimentos pode ser efetuada com o auxílio do quadro de unidades. Exemplos: Leia a seguinte medida: 15,048 m. Seqüência prática 1º) Escrever o quadro de unidades: km hm dam m dm cm mm 2º) Colocar o número no quadro de unidades, localizando o último algarismo da parte inteira sob a sua respectiva. km hm dam m dm cm mm 1 5, 0 4 8 3º) Ler a parte inteira acompanhada da unidade de medida do seu último algarismo e a parte decimal acompanhada da unidade de medida do último algarismo da mesma. 15 metros e 48 milímetros Outros exemplos: 6,07 km lê-se "seis quilômetros e sete decâmetros" 82,107 dam lê-se "oitenta e dois decâmetros e cento e sete centímetros". 0,003 m lê-se "três milímetros". Transformação de Unidades Observe as seguintes transformações: a)Transforme 16,584hm em m. km hm dam m dm cm mm Para transformar hm em m (duas posições à direita) devemos multiplicar por 100 (10 x 10). 16,584 x 100 = 1 658,4 Ou seja: 16,584hm = 1 658,4m Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 8 b)Transforme 1,463 dam em cm. Para transformar dam em cm (três posições à direita) devemos multiplicar por 1000 (10 x 10 x 10). 1,463 x 1000 = 1,463 Ou seja: 1,463dam = 1 463cm. c) Transforme 176,9m em dam. Para transformar m em dam (uma posição à esquerda) devemos dividir por 10. 176,9 : 10 = 17,69 Ou seja: 176,9m=17,69dam d)Transforme 978m em km. Para transformar m em km (três posições à esquerda) devemos dividir por 1000. 978 : 1000 = 0,978 Ou seja: 978m = 0,978km Observação: Para resolver uma expressão formada por termos com diferentes unidades, devemos inicialmente transformar todos eles numa mesma unidade, para a seguir efetuar as operações. 1.2.3. UNIDADES DE ÁREA A unidade fundamental é o metro quadrado (m2 ). Km2 hm2 dam2 m2 dm2 cm2 mm2 Múltiplos: quilômetro quadrado ( km2 ), hectômetro quadrado ( hm2 ) e decâmetro quadrado ( dam2 ) Submúltiplos: decímetro quadrado ( dm2 ), centímetro quadrado ( cm2 ) e milímetro quadrado (mm2 ) Cada unidade vale 100 (102 ) vezes a seguinte, significa que devemos multiplicar o valor dado por 10 n , onde n indica o número de casas deslocadas para a direita, ou para a esquerda; Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 9 se for para a direita ( n = 2, 4, 6, ... ), se for para a esquerda ( n = -2, - 4, - 6, ...) ou ainda, que a vírgula deverá se deslocar de duas em duas casas. Exemplos: a) Efetue 42,35 dam2 + 0,0181 km2 + 4351 m2 + 201700 cm2 Resolução Vamos passar para m2 42,35 dam2 = 42,35 X 102 = 42,35 X 100 = 4235 m2 0,0181 km2 = 0,0181 X 106 = 0,0181 X 1 000 000 = 18 100 m2 4 351m2 = 4 351m2 201 700 cm2 = 201 700 X 10-4 = 201 700 X 0,0001 = 20,17 m2 Pronto! Já temos todas as unidades iguais 42,35 dam2 + 0,0181 km2 + 4 351 m2 + 201 700 cm2 = 4235 m2 +18100 m2 + 4351m2 + 20,17 m2 = 26 706,17 m2 b)Calcule quantos ladrilhos de 0,36 dm2 serão necessários para ladrilhar uma sala retangular de 0,24 hm por 6 000 mm. Resolução Podemos passar todas as unidades para dm (veja que estamos inicialmente trabalhando com medida linear) 0,24 hm = 0,24 X 103 = 0,24 X 1000 = 240 dm 6 000 mm = 6 000 X 10-2 = 6 000 X 0,01 = 60 dm Para calcular a área de uma sala retangular, basta multiplicar o comprimento pela largura, assim: A= 240 dm X 60 dm = 14 400 dm2 (Essa é a área da sala) Como, cada ladrilho tem 0,36 dm2 , basta dividir a área da sala pela área do ladrilho,daí, temos: Numero de ladrilhos = 14400 / 0,36 = 40 000 ladrilhos deverão ser comprados. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 10 1.2.4.UNIDADES DE CAPACIDADE A unidade fundamental chama-se litro (L). KL hL dL L dL cL mL Múltiplos: quilolitro (kL), hectolitro (hL) e decalitro (daL) Submúltiplos: decilitro (dL), centilitro (cL) e mililitro (mL) Cada unidade vale 10 vezes a seguinte, significa que devemos multiplicar o valor dado por 10n , onde n indica o número de casas deslocadas para a direita, ou para a esquerda; se for para a direita ( n = 1, 2, 3, ... ), se for para a esquerda ( n = -1, - 2, - 3, ... ) ou ainda, que a vírgula deverá se deslocar de uma em uma casa. Exemplos: a) Efetue 42,3 L + 212, 25 dL - 0,31 kL + 61 daL Resolução Passando para L, temos 42,3 L = 42,3 L 212,25 dL = 212,25 x 10-1 = 212, 25 x 0,1 = 21, 225 L 0,31 kL = 0,31 x 103 = 0,31 x 1000 = 310 L 61 daL = 61 x 101 = 61x 10 = 610 L 42,3 L + 212,25 dL - 0,31 kL + 61 daL = 42,3 L + 21,225 L - 310 L + 610 L = 363,525 L b) Um reservatório tem 3 m3 de volume. Qual é a sua capacidade, em litros? Resolução 1 m3 corresponde a 1000 litros, logo 3 m3 = 3 x 1000 L = 3 000 L c) Uma caixa tem a forma de um paralelepípedo retângulo de 3 m de comprimento, por 200 cm de largura, por 15 dm de altura. Qual é a capacidade dessa caixa, em litros? Resolução 1 dm3 corresponde a 1 L, então vamos passar tudo para dm 3m = 3x101 = 3x10 = 30 dm 200 cm = 200 x 10-1 = 200 x 0,1 = 20 dm 15 dm = 15 dm Para calcular o volume de uma caixa em forma de paralelepípedo, basta multiplicar o comprimento, pela largura, pela altura assim: V = 30x 20x15 = 9 000 dm3 (1 dm3 corresponde a 1 L, então temos 9000 L Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 11 1.3 SISTEMA INGLES O sistema anglo-saxão de medidas baseia-se no seguinte: Uma polegada = 25,4 mm Um pé = 12 polegadas = (12 x 25,4) = 304,8 mm No sistema anglo-saxão tradicional, a polegada divide-se por 2 — tantas vezes quantas sejam necessárias para atingir a precisão desejada: 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 etc. Para indicar "polegada", usa-se a própria palavra ou seu plural (1 inch, 2 inches etc.); ou sua abreviação (1 in, 2 in etc.); ou apóstrofe duplo (1'', 2'' etc.). Converter Polegadas em Milímetros 2” = 25,4 * 2 = 50,8mm 1/8” = (1*25,4)/8 = 3,175 mm Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 12 Converter Milímetros em Polegadas Usando a regra pratica - Multiplicar por 5,04 o valor em milímetros Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 13 Figura 2 2. CAPITULO 2.1. METROLOGIA Palavra de origem grega (metron: medida; logos: ciência), é a ciência que estuda as medições, abrangendo todos os aspectos teóricos e práticos. Esta apostila tem como objetivo fornecer auxílio na utilização e interpretação dos conceitos da Metrologia – a ciência da Medição – seja nas Medições empregadas em laboratórios, nas avaliações de conformidade do produto, nas calibrações de equipamentos e instrumentos ou no dia-a-dia do controle de um processo de fabricação. Atualmente, devido à confiabilidade dos sistemas de medição, seguindo-se à risca os requisitos e especificações técnicas e atendendo-se aos regulamentos e normas existentes, é possível produzir peças (e/ou acessórios) em diferentes partes do mundo e estas peças se encaixarem perfeitamente (condições de intercambiabilidade e rastreabilidade). 2.2. CONCEITOS FUNDAMENTAIS O conceito de qualidade e satisfação do cliente faz parte do dia-a-dia do consumidor e dos empresários. Não existe mais espaço para empresas que não praticam a qualidade como o seu maior valor. E para garantir essa qualidade é necessário e imprescindível medir. O que é qualidade de um produto ou serviço? Dentre as muitas definições informais, qualidade significa ser apropriado ao uso, ou seja, ter a performance, durabilidade, aparência, utilidade, conformidade e confiabilidade esperadas pelo cliente. Medir uma grandeza é compará-la com outra denominada unidade. O número que resulta da comparação de uma grandeza com uma unidade recebe o nome de valor numérico da grandeza. O comprimento de um tubo de ferro é, por exemplo, três metros. Ao medir o tubo, portanto, precisamos utilizar uma unidade específica para expressar o resultado. No exemplo Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 14 Figura 3 citado, a unidade é o metro, e para medir em metros devemos ter alguma régua ou trena marcada em metros. A trena ou régua será a materialização física da unidade. Com base no resultado da medição conseguiremos saber quantas vezes o comprimento do tubo contém a unidade metro. A maioria das medições não pode ser realizada apenas por uma comparação visual entre uma quantidade desconhecida e uma quantidade conhecida. Deve-se dispor de algum instrumento de medição. EXEMPLO Um voltímetro para as medições de tensão elétrica. Uma quantidade desconhecida de tensão elétrica promove um desvio no ponteiro do instrumento, e a medida é obtida observando-se a posição deste ponteiro na escala. O instrumento foi previamente calibrado, marcando-se a escala em unidades de tensão elétrica. Durante toda a nossa vida realizamos medições. Medir é uma necessidade humana, e na modernidade é cada vez mais importante obter medições confiáveis. 2.3. MEDIÇÃO Entende-se por medição um conjunto de operações que tem por objetivo determinar o valor de uma grandeza, ou seja, sua expressão quantitativa, geralmente na forma de um número multiplicado por uma unidade de medida. Por exemplo: medir a altura de uma pessoa (1,75 m), avaliar a velocidade de um carro (80 km/h), conhecer o número de defeitos de uma linha de produção (1 peça por 100 mil), calcular o tempo de espera em uma fila de banco (30 min). Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 15 Figura 4 Do ponto de vista técnico, quando uma medição é realizada espera-se que ela seja: Exata, isto é, o mais próximo possível do valor verdadeiro; Repetitiva, com pouca ou nenhuma diferença entre medições efetuadas sob as mesmas condições; Reprodutiva, com pouca ou nenhuma diferença entre medições realizadas sob condições diferentes. EXEMPLOS Medita exata: conhecer a quantidade correta de gasolina colocada em um carro. Medida repetitiva: Três medidas de comprimento de uma mesa realizadas pela mesma pessoa, utilizando a mesma régua, no mesmo ambiente de trabalho. Medida reprodutiva: a medida do peso de uma carga transportada por um navio, efetuada em dois portos diferente. Apesar de todos os cuidados, quando realizamos uma medida poderá surgir uma duvida: qual é o valor correto? Observando a figura a seguir, de que maneira poderemos saber a hora correta se os dois relógios indicarem valores diferentes? Neste instante, é necessário recorrer a um padrão de medição. Para a hora, por exemplo, um padrão poderia ser o relógio do Observatório Nacional. Para tirar a dúvida, ligamos para o Observatório e conheceremos a hora certa. Um padrão tem a função básica de servir como uma referência para as medições realizadas. Pode ser: Uma medida materializada (ex.: massas padrões de uma balança); Um instrumento de medição (ex.: termômetro); Um material de referência (ex.: solução-tampão de pH); Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 16 um sistema de medição destinado a definir, realizar, conservar ou reproduzir uma unidade ou um ou mais valores de uma grandeza para servir como referência (ex.: a Escala Internacional de Temperatura de 1990). Continuando no exemplodos relógios. Como saberemos se a hora informada pelo Observatório Nacional é a verdadeira? Resposta: não saberemos. Por convenção consideramos a hora do Observatório Nacional como sendo o valor verdadeiro convencional da hora no Brasil. 2.4. VALOR VERDADEIRO CONVENCIONAL Valor atribuído a uma grandeza específica e aceito, às vezes por convenção, como tendo uma incerteza apropriada para uma finalidade. Então quer dizer que para sabermos a hora certa precisamos entrar em contato com o Observatório Nacional a todo momento? Resposta: não. Se ajustarmos os relógios com o valor informado pelo Observatório Nacional poderemos saber que horas são a qualquer momento. Este processo de comparação é chamado de calibração, pois estabelece a relação entre os valores indicados por um instrumento de medição e os valores correspondentes do padrão. 2.5. CALIBRAÇÃO Conjunto de operações que estabelece, sob condições especificadas, a relação entre os valores indicados por um instrumento de medição ou sistema de medição ou valores representados por uma medida materializada ou um material de referência, e os valores correspondentes das grandezas estabelecidas por padrões. Quando calibramos os relógios, eles foram relacionados com o Observatório Nacional, isto é, as medidas feitas têm como referência o valor informado pelo Observatório Nacional. Este relacionamento é denominado rastreabilidade de uma medição. Figura 5 Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 17 Ou seja, Calibracão e um procedimento experimental através do qual são estabelecidas, sob condicões especificas, as relacões entre os valores indicados por um instrumento de medição ou sistema de medicão ou valores representados por uma medida materializada ou um material de referencia, e os valores correspondentes das grandezas estabelecidos por padrões que será explicado mais detalhadamente posteriormente. 2.6. IMPORTANCIA DA METROLOGIA PARA AS EMPRESA Para nossas medições terem sentido, elas têm que concordar dom as medições de outros homens, senão poderemos chegar uma hora atrasados à reunião e dizer que estamos no horário. Este acordo universal das unidades de medida é um dos pontos mais importantes da metrologia. Para que isso aconteça, existe toda uma estrutura metrológica nacional e internacional que garante que os padrões são mantidos e aplicados no nosso dia-a-dia. A padronização de unidades de medida é um dos fatores comerciais mais importantes para as empresas. Imagine se cada fabricante de sapatos resolvesse fabricá-los com unidades diferentes ou se cada um deles não tivesse suas medidas relacionadas a um mesmo padrão? Se não houvesse padronização, como poderíamos comprar um 1 kg (um quilograma) de carne em dois açougues diferentes? Numa empresa pode acontecer que um determinado produto seja produzido na fábrica com base em medições efetuadas por um instrumento-1 e o mesmo produto seja verificado no departamento de controle de qualidade, ou pelo cliente, por meio de medições com um instrumento-2. Imaginemos que os resultados sejam divergentes: qual dos dois é o correto? É natural que cada parte defenda o seu resultado, mas também é possível que nenhuma delas possa assegurar que o seu resultado é o correto. Esta situação, além do aspecto econômico que poderá levar a rejeição do produto, poderá ainda conduzir ao confronto cliente x fornecedor, refletindo-se em um desgaste neste relacionamento e podendo repercutir na sua participação no mercado. O problema da padronização das medidas é bastante visível em nossas medições domésticas, o que nos leva, conseqüentemente, a obter resultados bastante diferentes. Basta lembrar de casos rotineiros, como, por exemplo, durante: A lavagem de roupas: qual a quantidade correta de sabão, água e roupa suja? O preparo da comida: quanto é sal, açúcar e pimenta a gosto? Colocar uma colher de sopa de manteiga, se nem todas as colheres de sopa têm o mesmo tamanho? Problemas idênticos possuem as empresas domésticas e as empresas chamadas de “fundo de quintal”. Dificilmente conseguirão uma produção de qualidade uniforme, se não possuírem um sistema padronizado de medições confiáveis. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 18 A busca da metrologia como um diferenciador tecnológico e comercial para as empresas é, na verdade, uma questão de sobrevivência. No mundo competitivo em que estamos não há mais espaço para medições sem qualidade, e as empresas deverão investir recursos (humanos, materiais e financeiros) para incorporar e harmonizar as funções básicas da competitividade: normalização, metrologia e avaliação de conformidade. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 19 3. CAPITULO 3.1. ÁREAS DA METROLOGIA Basicamente, podemos dividir a Metrologia em três grandes áreas de atuação: científica, industrial e legal. A Metrologia Científica trata, fundamentalmente, dos padrões de medição internacionais e nacionais, dos instrumentos laboratoriais e das pesquisas e metodologias científicas relacionadas ao mais alto nível de qualidade metrológica. Exemplos: Calibração de termômetros-padrão de mercúrio em vidro e de pirômetros ópticos: Medidas de comprimento utilizando equipamentos à “laser”: Calibração de pesos-padrão e balanças analíticas para laboratórios. A Metrologia Industrial abrange aos sistemas de medição responsáveis pelo controle dos processos produtivos e pela garantia da qualidade e segurança dos produtos finais. Exemplos: Medição e controle de uma linha de produção de automóveis; Ensaios em produtos certificados, tais como brinquedos, extintores de incêndio, fios e cabos elétricos, entre outros. A Metrologia Legal é responsável pelos sistemas de medição utilizados nas transações comerciais e pelos sistemas relacionados às áreas de saúde, segurança e meio ambiente. Exemplos: Verificação de bombas de abastecimento de combustível: Verificação de taxímetros e o controle de emissão dos gases da combustão: Verificação de seringas hipodérmicas (volume e marcações adequadas). Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 20 Figura 6 4. CAPITULO 4.1. PROCESSO DE MEDIÇÃO 4.1.1. FATORES METROLÓGICOS Os fatores metrológicos que interferem diretamente no resultado de uma medição podem ser agrupados nas seguintes categorias: método, amostra, condições ambientais, usuários e equipamentos. Desta forma, as medições transformam os fatores metrológicos de um processo qualquer em uma medida. Pode-se entender a medida como o resultado do processo de medição, e, nesse sentido, sua qualidade depende de como tal processo é gerenciado. 4.2. METODOS O método de medição é uma seqüência lógica de operações, descritas genericamente, usadas na execução das medições para se obter uma medida adequada, ou seja, de qualidade. Basicamente podemos grupar os métodos de medição em duas categorias: 4.2.1. MÉTODO DE MEDIÇÃO DIRETO É o método mais simples de realização no qual empregamos diretamente o equipamento de medição para obtenção do resultado da medida. Exemplos: Medição de um comprimento com uma régua; Medição de tensão elétrica de uma tomada com um voltímetro; Medição de temperatura com um termômetro de vidro. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 21 4.2.2. MÉTODO DE MEDIÇÃO INDIRETO Consiste na comparação de um valor desconhecido com um valor conhecido. Exemplos Pesagem de uma peça com uma balança de pratos, comparando valor da peça com o valor de uma massa padrão conhecida; Medição de um volume utilizando um recipiente de volume conhecido. Figura 7 Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 22 5. CAPITULO 5.1. INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO Instrumentos de medição são dispositivos utilizados para efetuar uma medição. Podem ser utilizados sozinhos ou em conjunto com outros dispositivos complementares.São inúmeras as formas de apresentação dos instrumentos de medição. Essas variam de dimensão, formato, escala, resolução, leitura direta, leitura indireta etc., em função de diversos aspectos, dentre os quais destacamos acessibilidade, condições de trabalho e outras mais. Cada tipo de instrumento de medição apresenta as suas características de aplicações e conservação e devem ser tratados e utilizados de forma adequada, objetivando maior vida útil e melhor confiabilidade. Na seqüência, estudaremos, particularmente, alguns dos instrumentos de medição mais utilizados nas atividades de montagem de estruturas. 5.1.1. TRENAS São instrumentos de medição de leitura direta cuja escala, no Sistema Métrico e ou Sistema Inglês, está impressa em uma fita, de forma plana ou curva, confeccionada em aço, fibra ou tecido, a qual se encontra bobinada em um sistema em que o desbobinamento é manual e o rebobinamento é, geralmente, auto-retrátil, podendo ser também manual, dotado ou não de trava. São aplicadas em medições lineares e de perímetros circulares, sendo as trenas de fita plana as mais indicadas para medições circulares. A resolução das escalas é geralmente 1mm e 1 / 32”, porém existem trenas com recurso de leitura digital cuja resolução chega a 0.1mm. As figuras a, b e c apresentam alguns tipos de trenas. a) b) c) Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 23 5.1.2. RÉGUAS 5.1.2.1. RÉGUAS GRADUADAS As réguas graduadas são uns dos mais simples instrumentos de medição linear, têm forma de lâmina e são fabricadas, geralmente, em aço ao carbono, aço inox ou ainda em latão. As escalas, tanto no sistema métrico como no sistema inglês, poderão estar impressas em uma ou nas duas faces da lâmina, que ainda poderão apresentar outros detalhes como encostos, e até partes móveis dependendo do seu tipo e aplicação a que se destinam. RÉGUAS GRADUADAS SEM ENCOSTO Destinadas às medições lineares em superfícies planas ou cilíndricas, livres de obstáculos tais como ressaltos ou rebaixos, conforme ilustrado na figura. Régua graduada sem encosto RÉGUAS GRADUADAS COM ENCOSTO Destinada as medições lineares em superfícies internas ou externas planas ou cilíndricas limitadas por ressaltos os quais lhe servirão de encosto conforme ilustrado na figura. Régua graduada com encosto Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 24 RÉGUAS GRADUADAS COM ENCOSTO INTERNO Destinadas às medições lineares em superfícies internas ou externas planas ou cilíndricas, limitadas por rebaixos os quais lhe servirão de encosto, conforme ilustrado na figura. Régua graduada com encosto interno Existe uma régua que é denominada de duplo encosto, possuindo duas escalas o que permite realizar medidas internas e externas: uma com referência na parte interna do ressalto e outra com referência na face externa do mesmo. As escalas poderão estar na mesma face ou em faces opostas da régua. A figura abaixo representa uma régua de duplo encosto com escalas na mesma face. Régua graduada com duplo encosto RÉGUAS GRADUADAS DE PROFUNDIDADE Destinada a efetuar medições em profundidades de rebaixos ou canais, em superfícies planas ou cilíndricas, internas ou externas, a depender das condições de acessibilidade do local de medição. A figura a seguir representa uma das medições mais simples efetuada por esse instrumento. Régua graduada de profundidade Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 25 5.1.2.2. RESOLUÇÃO E LEITURA DAS RÉGUAS GRADUADAS Agora, que já conhecemos tanto as trenas quanto as réguas graduadas, vamos exercitar a leitura do valor das medições com atividades práticas. Pelo fato desses dois tipos de instrumentos serem extremamente simples, não teremos maiores dificuldades em nossas práticas. Leitura utilizando as escalas em milímetros e em polegadas Na escala milimétrica, a menor divisão vale 0,5mm, a leitura é simples – basta contar os traços da escala: 32mm + 0,5mm = 32,5mm - LEITURA FINAL Na escala em polegadas, a menor divisão vale 1/32”, . Além de contarmos os traços da escala, teremos que observar que a parte fracionária da leitura deverá ser expressa como FRAÇÃO IRREDUTÍVEL. Leitura em polegadas fracionárias A leitura direta é: 1” + 16 * 1/32” = 1 16/32” A parte fracionária não está irredutível, portanto, vamos simplificá-la. Para simplificarmos uma fração, basta dividirmos tanto o seu numerador quanto o denominador pelo maior divisor comum aos mesmos. O maior divisor comum de 16 e 32, é 16. Simplificando o numerador: 16 ÷ 16 = 1. O denominador: 32 ÷ 16 = 2.16 / 32” <=> 1/2” Expressando corretamente a leitura, teremos: 1” + 1/2” = 1 1/2” LEITURA FINAL Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 26 5.1.3. PAQUÍMETRO O paquímetro é um instrumento usado para medir as dimensões lineares internas, externas e de profundidade de uma peça. Consiste em uma régua graduada, com encosto fixo, sobre a qual desliza um cursor. O cursor ajusta-se à régua e permite sua livre movimentação, com um mínimo de folga. Ele é dotado de uma escala auxiliar, chamada nônio ou vernier. Essa escala permite a leitura de frações da menor divisão da escala fixa. O paquímetro é usado quando a quantidade de peças que se quer medir é pequena. Os instrumentos mais utilizados apresentam uma resolução de: 0,05 mm, 0,02 mm, As superfícies do paquímetro são planas e polidas, e o instrumento geralmente é feito de aço inoxidável. Suas graduações são calibradas a 20ºC. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 27 PAQUÍMETRO UNIVERSAL É utilizado em medições internas, externas, de profundidade e de ressaltos. Trata-se do tipo mais usado. 5.1.3.1. RESOLUÇÃO E LEITURA DO PAQUÍMETRO NÔNIO OU VERNIER A escala do cursor é chamada de nônio ou vernier. O nônio possui uma divisão a mais que a unidade usada na escala fixa. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 28 Exemplos – Escala com a menor divisão 1mm e Nônio com 10 divisões: a) b) Para calcularmos a RESOLUÇÃO de um instrumento de medição com Nônio, basta dividirmos o valor da menor divisão da escala principal pelo número de divisões do Nônio. Menor divisão da escala principal = 1mm Número de divisões da escala secundária (Nônio) = 10 div. R = ? R = 1mm ÷ 10div R = 0,1mm Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 29 Exemplo 2 – Escala com a menor divisão 1mm e Nônio com 20 divisões: Resolução: Menor divisão da escala principal = 1mm Número de divisões da escala secundária (Nônio) = 20 div. R = ? R = 1mm ÷ 20div R = 0,05mm A exemplo do 1º caso, se o zeroda escala móvel não coincide com nenhum traço da escala fixa, leremos à esquerda do zero do Nônio – 73mm e, à direita, contaremos a coincidência no 13º traço – 13 x 0,05mm = 0,65mm. Somando-se o resultado das duas etapas: 73mm + 0,65mm = 73,65mm - LEITURA FINAL Exemplo 3 – Escala com a menor divisão 1mm e Nônio com 50 divisões: Número de divisões da escala secundária (Nônio) = 50 div. R = ? R = 1mm ÷ 50div R = 0,02mm Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 30 Baseando-se nos exemplos anteriores, se o zero da escala móvel não coincide com nenhum traço da escala fixa, leremos à esquerda do zero do Nônio – 68mm e, à direita contaremos a coincidência no 16º traço – 16 x 0,02mm = 0,32mm. Somando-se o resultado das duas etapas: 68mm + 0,32mm = 68,32mm - LEITURA FINAL 5.1.3.2. TÉCNICAS DE UTILIZAÇÃO DO PAQUÍMETRO. Ter seu cursor e encosto limpos e a peça a ser medida precisa estar bem posicionada entre seus bicos; Não expor o instrumento a luz solar direta; Não desmontar o equipamento; Evitar choques ou movimentos bruscos; O centro do encosto fixo deve ser encostado em uma das extremidades da peça. Convém que o paquímetro seja fechado suavemente até que o encosto móvel toque a outra extremidade. Feita a leitura da medida, o paquímetro deve ser aberto e a peça retirada, sem que os encostos a toquem. Nas medidas externas, a peça a ser medida deve ser colocada o mais profundamente possível entre os bicos de medição para evitar qualquer desgaste na ponta dos bicos. Nas medidas internas, as orelhas precisam ser colocadas o mais profundamente possível. O paquímetro deve estar sempre paralelo à peça que está seno medida. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 31 Para maior segurança nas medições de diâmetros internos, as superfícies de medição das orelhas devem coincidir com a linha de centro do furo. Toma-se, então, a máxima leitura para diâmetros internos e a mínima leitura para faces planas internas. No caso de medidas de profundidade, apóia-se o paquímetro corretamente sobre a peça, evitando que ele fique inclinado. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 32 Nas medidas de ressaltos, coloca-se a parte do paquímetro apropriada para ressaltos perpendicularmente à superfície de referência da peça. Não se deve usar a haste de profundidade para esse tipo de medição, porque ela não permite um apoio firme. 5.1.3.3. ERROS DE LEITURA COM O PAQUÍMETRO Além da falta de habilidade do operador, outros fatores podem provocar erros de leitura no paquímetro, como, por exemplo, a paralaxe e a pressão de medição. PARALAXE Dependendo do ângulo de visão do operador, pode ocorrer o erro por paralaxe, pois devido a esse ângulo, aparentemente há coincidência entre um traço da escala fixa com outro da móvel. O cursor onde é gravado o nônio, por razões técnicas de construção, normalmente Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 33 tem uma espessura mínima (a), e é posicionado sobre a escala principal. Assim, os traços do nônio (TN) são mais elevados que os traços da escala fixa (TM). Colocando o instrumento em posição não perpendicular à vista e estando sobrepostos os traços TN e TM, cada um dos olhos projeta o traço TN em posição oposta, o que ocasiona um erro de leitura. Para não cometer o erro de paralaxe, é aconselhável que se faça a leitura situando o paquímetro em uma posição perpendicular aos olhos. PRESSÃO DE MEDIÇÃO Já o erro de pressão de medição origina-se no jogo do cursor, controlado por uma mola. Pode ocorrer uma inclinação do cursor em relação à régua, o que altera a medida. Para se deslocar com facilidade sobre a régua, o cursor deve estar bem regulado: nem muito preso, nem muito solto. O operador deve, portanto, regular a mola, adaptando o instrumento à sua mão. Caso exista uma folga anormal, os parafusos de regulagem da mola devem ser ajustados, girando-os até encostar no fundo e, em seguida, retornando 1”/8 de volta aproximadamente. Após esse ajuste, o movimento do cursor deve ser suave, porém sem folga. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 34 5.1.3.4. CONSERVAÇÂO DO PAQUÍMETRO Manejar o paquímetro sempre com todo cuidado, evitando choques; Não deixar o paquímetro em contato com outras ferramentas, o que pode lhe causar danos; Evitar arranhaduras ou entalhes, pois isso prejudica a graduação; Ao realizar a medição, não pressionar o cursor além do necessário; Limpar e guardar o paquímetro em local apropriado, após sua utilização. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 35 5.1.4. MICRÔMETRO O micrômetro é um instrumento de medição utilizado onde se faz necessário uma exatidão superior a exigida para o paquímetro. Ou seja, quando se necessita medir com tolerâncias mais apertadas daquelas que o paquímetro pode oferecer, usa-se o micrômetro. ANÁLISE CONSTRUTIVA O principio de funcionamento do instrumento é baseado no deslocamento axial de um parafuso com passo de alta precisão, dentro de uma porca micrometricamente usinados, ou seja, lapidados. 5.1.4.1. TIPOS DE MICROMETROS Existem diversos modelos de micrômetros. Sendo micrômetros eletrônicos digitais, mecânicos, micrômetros para medição externa, micrômetros para medição interna, micrômetro para medição de profundidade, micrômetro para medição de roscas entre outros modelos e tipos. Para maiores informações consultar o catálogo do fabricante. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 36 5.1.4.2. RESOLUÇÃO E LEITURA DO MICROMETRO 1º Estudo de Caso: Sistema Métrico Cada divisão da escala principal, ou seja, do cilindro graduado, vale, 0,5 mm e a escala do tambor possui 10 divisões, então temos: Valor da menor divisão da escala principal 0,5 mm Número de divisões da escala do tambor 10 divisões Resolução = 0,5/ 10 = 0,05 mm ; Assim temos; • cada divisão da escala principal = 0,5 mm • cada divisão da escala do tambor =: 0,05 mm 2º Estudo de Caso: Sistema Métrico com Escala do Nônio Cada divisão da escala principal vale 0,5 milímetro e a escala do tambor possui 50 divisões, então temos: valor da menor divisão da escala fixa 0,5 mm número de divisões da escala móvel 50 divisões Resolução 0,5/ 50 = 0,01 mm ; Assim temos; • cada divisão da escala principal = 0,5 mm • cada divisão da escala do tambor =: 0,01 mm Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 37 5.1.4.3. PRINCIPIO DE MEDIÇÃO Os valores lidos no tambor são adicionados aos lidos na escala linear de referência Em alguns modelos, agrega-se um vernier para interpolar a divisão angular doTambor. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 38 5.1.4.4. TÉCNICAS DE UTILIZAÇÃO DO MICRÔMETRO 1. Limpar as faces de medição; 2. Limpar a superfície da peça a ser medida; 3. Ajustar o instrumento na escala inicial. Chamamos de ajuste do “zero”, para micrômetros com faixa de operação de 0 a 25 mm. 4. Abrir o instrumento, girando o fuso micrométrico no sentido horário a uma distância maior que a dimensão da peça a ser medida. 5. Posicionar a peça entre as faces de medição. 6. Encostar a ponta de contato fixa na peça. 7. Fecharo micrômetro girando o fuso micrométrico através da catraca numa velocidade baixa, uniforme e constante. 8. A catraca ou o sistema de fricção será utilizado para controlar a pressão na medição, garantindo pressão uniforme na medição. Portanto, NÃO deverá FECHAR o instrumento pelo TAMBOR. 9. Quando perceber que a face de contato móvel encostar a peça, dar três voltas na catraca. 10. Efetuar a leitura das escalas. Atenção para efetuar as leituras das escalas, posicionar o instrumento de maneira a evitar o erro de paralaxe, para isto é importante um alinhamento do ponto de observação com as graduações das escalas do tambor e do nônio. 5.1.4.5. ERROS DE LEITURA COM O MICRÔMETRO São os mesmos que o do paquímetro (Paralaxe e Pressão) 5.1.4.6. CONSERVAÇÂO DO MICRÔMETRO Manejar o equipamento sempre com todo cuidado, evitando choques. Não deixar em contato com outras ferramentas, o que pode lhe causar danos. Evitar arranhaduras ou entalhes, pois isso prejudica a graduação. Ao realizar a medição, não pressionar o cursor além do necessário. Limpar e guardar em local apropriado, após sua utilização. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 39 6. CAPITULO 6.1. CALIBRAÇÃO As empresas devem entender que a calibração dos equipamentos de medição é um componente importante na função qualidade do processo produtivo, e dessa forma devem incorporá-la às suas atividades normais de produção. A calibração é uma oportunidade de aprimoramento constante e proporciona vantagens, tais como: Redução na variação das especificações técnicas dos produtos: Produtos mais uniformes representam uma vantagem competitiva em relação aos concorrentes. Prevenção dos defeitos: A redução de perdas pela pronta defecção de desvios no processo produtivo evita o desperdício e a produção de rejeitos. Compatibilidade das medições: Quando as calibrações são referenciadas aos padrões nacionais, ou internacionais, asseguram atendimento aos requisitos de desempenho. O resultado da calibração geralmente e registrado em um documento especifico denominado certificado de calibração ou, algumas vezes, referido como relatório de calibração. O certificado de calibração apresenta varias informações acerca do desempenho metrológico do sistema de medição analisado e descreve claramente os procedimentos realizados. Frequentemente, como seu principal resultado, apresenta uma tabela, ou gráfico, contendo, para cada ponto medido ao longo da faixa de medição: a) estimativas da correção a ser aplicada e b) estimativa da incerteza associada a correção. Em função dos resultados obtidos, o desempenho do SM pode ser comparado com aquele constante nas especificações de uma norma técnica, ou outras determinações legais, e um parecer de conformidade pode ser emitido. A calibração pode ser efetuada por qualquer entidade, desde que esta disponha dos padrões rastreado e pessoal competente para realizar o trabalho. Para que uma calibração tenha validade oficial, e necessário que seja executada por entidade legalmente credenciada. No Brasil, existe a Rede Brasileira de Calibração (RBC), coordenada pelo INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial. Esta rede e composta por uma serie de laboratórios secundários, espalhados pelo pais, ligados a Universidades, Empresas, Fundações e outras entidades, que recebem o credenciamento do INMETRO e estão aptos a expedir certificados de calibração oficiais. A calibração permite avaliar as incertezas do processo de medição, além de identificar os desvios entre os valores indicados por um instrumento e os valores convencionalmente verdadeiros. As operações de calibração, fundamentadas na comparação com um padrão, possuem algumas características que serão apresentadas a seguir. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 40 6.2. AJUSTE Operação complementar, normalmente efetuada após uma calibração, quando o desempenho metrológico de um sistema de medição não esta em conformidade com os padrões de comportamento esperados. Tratasse de uma "regulagem interna" do SM, executada por técnico especializado. Visa fazer coincidir, da melhor forma possível, o valor indicado no SM, com o valor correspondente do mensurado submetido. Após o termino da operação de ajuste, e necessário efetuar uma recalibracão, visando conhecer o novo comportamento do sistema de medição, após os ajustes terem sido efetuados. 6.3. REGULAGEM E também uma operação complementar, normalmente efetuada após uma calibração, quando o desempenho metrológico de um sistema de medição não esta em conformidade com os padrões de comportamento esperados. Envolve apenas ajustes efetuados em controles externos, normalmente colocados a disposição do usuário comum. E necessária para fazer o SM funcionar adequadamente, fazendo coincidir, da melhor forma possível, o valor indicado com o valor correspondente do mensurado submetido. São exemplos: alteração do fator de amplificação (sensibilidade) de um SM por meio de um botão externo; regulagem do "zero" de um SM por meio de um controle externo indicado para tal. 6.4. VERIFICAÇÃO A operação de verificação e utilizada no âmbito da metrologia legal, devendo esta ser efetuada por entidades oficiais denominados de Institutos de Pesos e Medidas Estaduais (IPEM), existentes nos diversos estados da Federação ou diretamente pelo INMETRO, quando se trata de âmbito federal. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 41 6.5. RASTREABILIDADE Propriedade do resultado de uma medida ou do valor de um padrão estar relacionado a referências estabelecidas, geralmente padrões nacionais ou internacionais, por meio de uma cadeia contínua de comparações, todas tendo incertezas estabelecidas. Rastreabilidade metrológica é a propriedade de um resultado de medição pela qual tal resultado pode ser relacionado a uma referência. É o principal parâmetro que permite comparar as medidas nacional ou internacionalmente, através de uma cadeia contínua de comparações, todas tendo incertezas estabelecidas. Dessa forma, é possível afirmar que 1 grau Celsius em um dado local é igual a 1 grau Celsius em qualquer lugar do mundo, e isto se estende às outras variáveis O resultado de toda medição é expresso por um número e por uma unidade de medida. Para realizar uma medição, é necessário termos unidades de medidas definidas e aceitas convencionalmente por todos. O Brasil segue a Convenção do Metro, que adota as unidades definidas no SI – Sistema Internacional de Unidades – Como padrão para as medições. Para garantir a rastreabilidade das medições ate os padrões primários internacionais, e necessário que o usuário defina, em função das condições de uso especificas do SM, os intervalos de calibração. Estes devem ser reajustados com base nos dados históricos das calibrações anteriores realizadas. Nos casos em que os dados históricos das calibrações anteriores não estiverem disponíveis, e outras informações do usuário do SM não forem suficientes para definir os intervalos de calibração, são recomendados a seguir alguns intervalos iniciais que podem ser usados. Todavia reajustes nestes intervalos deverão ser efetuados, com base nos resultados das calibrações subsequentes. Os padrões de medição podem ser distribuídos e classificados conforme apresentação gráfica na “pirâmide hierárquica” abaixo: Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 42 6.5.1. PADRÃO INTERNACIONAL Padrão reconhecido por um acordo internacional para servir como base para o estabelecimento de valores a outros padrões a que se refere.6.5.2. PADRÃO NACIONAL Padrão reconhecido por uma decisão nacional para servir como base para o estabelecimento de valores a outros padrões a que se refere. 6.5.3. PADRÃO DE REFERÊNCIA Padrão com a mais alta qualidade metrológica disponível em um local, a partir do qual as medições executadas são derivadas. 6.5.4. PADRÃO DE REFERÊNCIADA DA RBC Padrões que devem ser calibrados pelos padrões nacionais. 6.5.5. PADRÃO INDUSTRIAL Encontrado nas indústrias, centros de pesquisas, universidades e outros usuários. Esses padrões devem ser calibrados pelos padrões de referência da RBC. 6.6. INTERVALOS DE CALIBRAÇÃO Ao longo do tempo ocorrem desgastes e degeneração de componentes, fazendo com que o comportamento e o desempenho dos instrumentos apresente problemas. Nasce daí a necessidade de verificações periódicas, a intervalos regulares, para que instrumentos e padrões sejam recalibrados. Destacamos alguns fatores que influenciam no intervalo de calibração: reqüência de utilização; Tipo de instrumento; Recomendações do fabricante; Dados de tendência de calibrações anteriores; Históricos de manutenção e Condições ambientais agressivas (temperatura, umidade, vibração, etc.). Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 43 6.6.1. RECOMENDAÇÕES PARA INTEVALOS INICIAIS DE CALIBRAÇÃO Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 44 6.6.2. TIPOS DE CALIBRAÇÃO Existem basicamente dois tipos de calibração: a calibração direta e a indireta. 6.6.2.1. CALIBRAÇÃO DIRETA Na calibração direta, a grandeza padrão de entrada é aplicada diretamente ao Sistema de Medição a Calibrar e as medidas são comparadas com os valores padrão. Exemplo de Calibração Direta Na calibração direta, a grandeza padrão de entrada é aplicada diretamente ao Sistema de Medição a Calibrar e as medidas são comparadas com os valores padrão. Para calibrar uma balança necessitamos de um conjunto de massas padrão, de modo a cobrir toda a faixa do aparelho. Aplicando-se diretamente a massa (com valor conhecido de 500 g, por exemplo) sobre a balança, podemos verificar se esta está calibrada. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 45 6.6.2.2. CALIBRAÇÃO INDIRETA A grandeza que se deseja medir é fornecida por um meio externo (Gerador de Grandeza), que atua simultaneamente no sistema de Medição em Calibração e no Sistema de Medição Padrão. Os resultados do Sistema de Medição em Calibração são comparados com os do Sistema de Medição Padrão (considerados como verdadeiros). Dessa forma, os erros podem ser determinados e as correções efetuadas. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 46 6.6.3. ESCOLHA DOS INSTRUMENTOS CRITICOS DA EMPRESA Durante a implementação de um sistema de avaliação dos instrumentos de medição, a primeira pergunta que vem à nossa mente é: quais são os instrumentos de medição que devemos controlar? Para respondermos a tal questão, devemos considerar a seguinte seqüência de raciocínio: Identificar, com os responsáveis pela engenharia, produção e manutenção, quais são as variáveis do processo que afetam a qualidade do produto e questão; Identificar os instrumentos que são utilizados para medir estas variáveis; Estabelecer quais são os limiteis especificados para cada uma destas variáveis, em todos os níveis e etapas do processo produtivo. 6.6.4. CERTIFICADO DE CALIBRAÇÃO A norma NBR ISO 10 012-1 "Requisitos da Garantia da Qualidade para Equipamentos de Medição" prevê que os resultados das calibrações devem ser registrados com detalhes suficientes de modo que a rastreabilidade de todas as medições efetuadas com o SM calibrado possam ser demonstradas, e qualquer medição possa ser reproduzida sob condições semelhantes às condições originais. As seguintes informações são recomendadas para constar no Certificado de Calibração: a) descrição e identificação individual do SM a calibrar; b) data da calibração; c) os resultados da calibração obtidos após, e quando relevante, os obtidos antes dos ajustes efetuados; d) identificação do (s) procedimento (s) de calibração utilizado(s); e) identificação do SM padrão utilizado, com data e entidade executora da sua calibração, bem como sua incerteza; f) as condições ambientais relevantes e orientações expressas sobre quaisquer correções necessárias ao SM a calibrar; g) uma declaração das incertezas envolvidas na calibração e seus efeitos cumulativos; h) detalhes sobre quaisquer manutenções, ajustes, regulagens, reparos e modificações realizadas; i) qualquer limitação de uso (ex: faixa de medição restrita); j) identificação e assinaturas da (s) pessoa (s) responsável (eis) pela calibração bem como do gerente técnico do laboratório; k) identificação individual do certificado, com numero de serie ou equivalente. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 47 Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 48 Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 49 7. CAPITULO 7.1. CONTROLE DE QUALIDADE O papel do controle de qualidade é medir a peça produzida, comparar o resultado com a respectiva tolerância e classificar a peça como aprovada, quando obedece a tolerância, ou rejeitada, caso contrário. Entretanto, qualquer SM apresenta erros, produzindo resultados com incertezas. Como usar informações obtidas a partir de Sm imperfeitos para tomar decisões seguras sobre a aceitação ou não de peças? Seja, por exemplo, um balança usada para medir a massa líquida de um saco de café que deveria obedecer a tolerância de (500 ± 10) g. Suponha que suas características metrológicas sejam tais que produzam resultados com incerteza de medição de ± 5 g. Suponha ainda que a massa líquida de café de um determinado saco seja medida e o seguinte resultado tenha sido encontrado:RM = (493 ±5) g . É possível afirmar que este saco, em particular, atende à tolerância? A análise desta questão é melhor realizada com o auxílio da figura abaixo: Os limites inferior (LIT) e superior (LST) da tolerância estão representados na figura. Sacos cuja massa líquida que estejam dentro destes limites são considerados aceitos. O resultado da medição (493± 5) g está representado na figura. É possível notar que este resultado representa uma faixa de valores que contém uma parte dentro do intervalo de tolerâncias e outra fora. Assim, nestas condições, não é possível afirmar com segurança que este saco atende ou não atende a tolerância. Isto se dá em função da escolha inapropriada do sistema e/ou procedimento de medição. É recomendável que a incerteza da medição não exceda uma certa fração do intervalo de tolerância. Do ponto de vista metrológico, quanto menor a incerteza do sistema de medição usado para verificar uma dada tolerância, melhor. Na prática, o preço deste sistema de medição pode se tornar proibitivo. Procura-se então atingir um ponto de equilíbrio técnico-econômico. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 50 A experiência prática mostra que um ponto de equilíbrio razoável é atingido quando a incerteza de medição ( IM ) é da ordem de um décimo do intervalo de tolerância ( IT ), ou seja: IM = IT = LSE-LIE 10 10 LSE – Limite Superior Especificado LIE – Limite Inferior Especificado Para os limites de aceitação da peça devem ser: Os limites inferiores e superiores de aceitação são dados pela seguinte formulas: LIA = LIE+IM ; LSA=LSA-IM LIA < RB< LSA Onde: LIA = Limite Inferior de aceitação LSA= Limite superior de aceitação RB = Resultado base Para os limites inferiores e superiores de rejeição utiliza-se estas formulas: LIR = LIE-IM LSR = LSE+IM Onde: LIR = Limite Inferior de rejeição LSR= Limite superior de rejeição Seguindo esta relação, a incerteza de medição do processo de medição adequado para controlar a tolerância (500 ± 10) g deveria resultar em incerteza de medição da ordem de: IM = (510 - 490)/10 = 2 g De fato, se o resultado da medição obtido fosse (493 ± 2) g seria possível afirmar, com segurança, que a tolerância foi obedecida. A faixa de valores correspondente ao e resultado da medição estaria toda dentro da faixa de tolerâncias. Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 51 7.2. INCERTEZA DE MEDIÇÃO A incerteza de medição é um parâmetro associado ao resultado de uma medição que caracteriza a dispersão dos valores que poderiam ser razoavelmente atribuídos a um mensurado. Quanto mais apurado o processo de medição, ou seja, quanto melhor identificadas, controladas e reduzidas às influências dos fatores metrológicos (método, amostra, condições ambientais, usuários e equipamentos), maior será a confiança no resultado final. Assim, o resultado da medição deverá ser expresso da seguinte forma: Resultado = (Valor encontrado ± Incerteza) [unidade de medição] Obs.: em geral Resultado representa o valor médio da grandeza a ser medida, descontado ou acrescido das correções devidas aos erros encontrados (erros positivos ou negativos). Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 52 8. CAPITULO 8.1. ERROS É o numero que resulta da diferença entre o valor indicado por um sistema de medição e o valor do mesurando. Se o erro de medição fosse perfeitamente conhecido, este poderia ser corrigido e sua influência completamente anulada da medição. A componente sistemática do erro de medição pode ser suficientemente bem estimada, porém não a componente aleatória. Assim, não é possível compensar totalmente o erro. O conhecimento aproximado do erro sistemático e a caracterização da parcela aleatória é sempre desejável, pois isto torna possível sua correção parcial e a delimitação da faixa de incerteza ainda presente no resultado de uma medição. Hà vários tipos de erros são eles: 8.2. ERRO DE HISTERESE (H) Histerese de um SM e um erro de medição que ocorre quando ha diferença entre a indicação para um dado valor do mensurando quando este foi atingido por valores crescentes e a indicação quando o mensurando e atingido por valores decrescentes. Este valor poderá ser diferente se o ciclo de carregamento e descarregamento for completo ou parcial. A histerese e um fenômeno bastante típico nos instrumentos mecânicos, tendo como fonte de erro, principalmente, folgas e deformações associadas ao atrito nos mecanismos. 8.3. ERRO FIDUCIAL O parâmetro é apresentado como um percentual de um valor de referência, ou valor fiducial. Como valor fiducial são tomados preferencialmente: a) Erro fiducial em relação ao valor final de escala (VFE) Aplicado normalmente a manômetros, voltímetros, etc. Exemplo: Emáx = ± 1% do VFE => Logo Re (95) = ± 0,1% Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 53 b) Erro fiducial em relação a faixa de indicação (ou amplitude da faixa de indicação): Aplicado normalmente a termômetros, pirômetros, barômetros, e outros SM com unidades não absolutas. Exemplo: ISM = ± 0,2 % da FM c) Erro fiducial em relação a um valor prefixado: Aplicado quando o instrumento é destinado a medir variações em torno do valor pré fixado. Exemplo: Re (95) = ± 0,5% da pressão nominal de operação de 18,5 bar d) Erro fiducial em relação ao valor verdadeiro convencional: Aplicado quando se trata de medidas materializadas . Exemplo: Erro admissível da massa padrão de 100 mg = ± 0,2% 8.4. ERRO PARALAXE Ocorre através da observação errada do valor analógico do instrumento, devido ao ângulo de visão. Esta não ocorre em instrumentos digitais. Como pode ser verificado nas figura abaixo. Observação lateral do mostrador Observação de frente para o mostrador Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 54 8.5. ERRO DE MEDIÇÃO O erro de medição é caracterizado como a diferença entre o valor da indicação do SM e o valor verdadeiro o mensurando, isto é: Erro de medição (E) = Indicação (Id) – Valor Verdadeiro (VV) Na prática, o valor "verdadeiro" é desconhecido. Usa-se então o chamado valor verdadeiro convencional (VVC), isto é, o valor conhecido com erros não superiores a um décimo do erro de medição esperado. Neste caso, o erro de medição é calculado por: Erro de medição (E) = Indicação (Id) – Valor Verdadeiro Convencionado (VVC) Para fins de melhor entendimento, o erro de medição pode ser considerado como composto de três parcelas aditivas: Erro de medição(E) = erro sistemático (Es) + erro aleatório (Ea) + erro grosseiro (Eg) 8.6. ERRO SISTEMÁTICO (ES) /TENDÊNCIA (TD) / CORREÇÃO (C) É a parcela de erro sempre presente nas medições realizadas em idênticas condições de operação. Um dispositivo mostrador com seu ponteiro "torto" é um exemplo clássico de erro sistemático, que sempre se repetirá enquanto o ponteiro estiver torto. Pode tanto ser causado por um problema de ajuste ou desgaste do sistema de medição, quanto por fatores construtivos. Pode estar associado ao próprio princípio de medição empregado ou ainda ser influenciado por grandezas ou fatores externos, como as condições ambientais. A estimativa do erro sistemático da indicação de um instrumento de medição é também denominado Tendência (Td). O erro sistemático, embora se repita se a medição for realizada em idênticas condições, geralmente não é constante ao longo de toda a faixa em que o SM pode medir. Para cada valor distinto do mensurando é possível ter um valor diferente para o erro sistemático. A forma como este varia ao longo da faixa de medição depende de cada SM, sendo de difícil previsão. Logo, para um dado valor do mensurando, o Es poderia ser determinado pela equação, se fosse considerando um número infinito de medições: Sergio Alvares da Costa Neves Filho – Rev03/2014 Página 55 Es = MI - VVC Onde Es = erro sistemático MI = média de infinitas indicações do SM VVC = valor verdadeiro convencional Exemplo Valor verdadeiro convencional (VVC) : 12,3 Medidas: 12,2 12,1 12,3 Média das Medidas: (12,1 + 12,2 + 12,3) /3 = 12,2 Erro sistemático Es= Media (Ml) – Valor Verdadeiro Convencional (VVC) = 12,2 - 12,3 = - 0,1 Observação 1 :Na prática não se dispõe de infinitas medições para determinar o erro sistemático de um SM, porém sim um número restrito de medições, geralmente obtidas na calibração do instrumento. Ainda assim, a equação abaixo pode ser usada para obter uma estimativa do erro sistemático. Define-se então o parâmetro Tendência (Td), como sendo a estimativa do erro sistemático, obtida a partir de um número finito de medições, ou seja: Td = MI – VVC No limite, quando o número de medidas tende a infinito, a tendência aproxima-se do valor do erro sistemático. Observação 2: Alternativamente o parâmetro correção (C) pode ser usado para exprimir uma estimativa do erro sistemático. A correção é numericamente
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