antonio fernando maciel de mendonça demanda por calibração ... · especialmente na paróquia do...
TRANSCRIPT
-
Antonio Fernando Maciel de Mendona
Demanda por Calibrao de Instrumentos de Medio
de Grandezas Magnticas no Brasil
Dissertao de Mestrado
Dissertao apresentada como requisito parcial para obteno do ttulo de Mestre pelo Programa de Ps-Graduao em Metrologia (rea de concentrao: Metrologia para Qualidade e Inovao) da PUC-Rio.
Orientador: Prof. Elisabeth Costa Monteiro, Dra. Co-Orientador: Prof Carlos Roberto Hall Barbosa, Dr.
Rio de Janeiro
Abril de 2013
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
Antonio Fernando Maciel de Mendona
Demanda por Calibrao de Instrumentos de Medio
de Grandezas Magnticas no Brasil
Dissertao apresentada como requisito parcial para obteno do ttulo de Mestre pelo Programa de Ps-Graduao em Metrologia (rea de concentrao: Metrologia para Qualidade e Inovao) da PUC-Rio. Aprovada pela Comisso Examinadora abaixo assinada.
Prof. Elisabeth Costa Monteiro Orientadora
Programa de Ps-Graduao em Metrologia (PsMQI) Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro (PUC-Rio)
Prof. Carlos Roberto Hall Barbosa Co-orientador
Programa de Ps-Graduao em Metrologia (PsMQI) Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro (PUC-Rio)
Prof. Maurcio Nogueira Frota Programa de Ps-Graduao em Metrologia (PsMQI)
Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro (PUC-Rio)
Prof. Fabrcio Casarejos Lopes Luiz Programa de Ps-Graduao em Metrologia (PsMQI)
Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro (PUC-Rio)
Prof. Jose Eugenio Leal Coordenador Setorial de Ps-Graduao do Centro Tcnico Cientfico PUC-Rio
Rio de Janeiro, 25 de abril de 2013.
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
Todos os direitos reservados. proibida a reproduo total ou parcial do trabalho sem autorizao da universidade, do autor e do orientador.
Antonio Fernando Maciel de Mendona Ps-Graduado pela Universidade Federal Fluminense - RJ (UFF) em Engenharia Mecnica de Construes e Montagens Industriais (rea petroqumica), especializao, no Programa PROMINP da Petrobrs, em 2009-2010.Graduado em Engenharia Eltrica-Eletrnica, pelas Faculdades Reunidas Nuno Lisba (FRNL) - RJ, em 1989. Atuou em Engenharia de Controle, Automao Industrial e Controle de Processos, para indstrias de siderurgia, cimento e petrleo.
Ficha Catalogrfica
CDD: 389.1
Mendona, Antonio Fernando Maciel de Demanda por calibrao de instrumentos de
medio de grandezas magnticas no Brasil / Antonio Fernando Maciel de Mendona ; orientador: Elisabeth Costa Monteiro ; co-orientador: Carlos Roberto Hall Barbosa. 2013.
106 f. ; 30 cm Dissertao (mestrado)Pontifcia Universidade
Catlica do Rio de Janeiro, Programa de Ps-Graduao em Metrologia (rea de concentrao: Metrologia para a Qualidade e Inovao), 2013.
Inclui bibliografia 1. Metrologia Teses. 2. Grandezas magnticas. 3.
Rastreabilidade metrolgica. 4. Calibrao. I. Monteiro, Elisabeth Costa. II. Barbosa, Carlos Roberto Hall. III. Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro. Programa de Ps-Graduao em Metrologia (rea de concentrao: Metrologia para a Qualidade e Inovao). IV. Ttulo.
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
Dedico este trabalho aos meus pais, do cu e no cu,
pelo anseio e estmulo da formao acadmica, incentivando pela pacincia e fortaleza,
cada etapa deste caminho.
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
Agradecimentos
Deus, por dirigir, iluminar e guiar meus pensamentos e passos, cedendo-me
seus dons de inteligncia, cincia e sabedoria, principalmente, entre outros, a fim
de que a comunho de Amor seja manifestada por atos e fatos;
N. Senhora das Graas, da Paz e Auxiliadora pela materna intercesso no cu e
amorosa presena cotidiana;
Aos orientadores, professora Elisabeth Costa Monteiro e professor Carlos Roberto
Hall Barbosa, por acreditarem no desenvolvimento deste trabalho de dissertao,
incentivando o crescimento do potencial humano;
PUC-Rio, por acreditar e incentivar a pesquisa cientfica como instrumento de
crescimento social e humano;
CAPES ( Coordenao de Aperfeioamento Pessoal de Ensino Superior), pelos
incentivos financeiros concedidos, necessrios, sem os quais este trabalho no
seria possvel de ser realizado;
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
Aos anjos e todos os Santos do cu, que intercederam em meu favor, durante os
anos de instruo e maturidade na F, em especial a So Joo Bosco, patrono dos
alunos salesianos e santo Antonio de Pdua, inspirador de meu nome.
Igreja Catlica, por ensinar e ministrar a fonte da vida, todos os dias, pelos
sacramentos da confisso e eucaristia, presentes em todas as parquias,
especialmente na Parquia do Sagrado Corao de Jesus, instalada no Campus da
PUC-Rio;
Ao padre Monsenhor Jos Geraldo da Silva Pinto Souza, por ser instrumento
eficaz de Deus, pelas palavras de indicao do caminho a ser seguido, num
momento de minha vida;
Aos meus pais, Antonio Elias e Analia, por apoiarem e sustentarem a educao
escolar ao longo de vrios anos de estudos e pela tolerncia nos momentos
complexos deste difcil caminho;
Ao coordenador do PsMQI, professor Maurcio Nogueira Frota, por propiciar um
ambiente cientfico multidisciplinar e de multinacionalidades, enriquecendo a
cultura dos alunos mestrandos;
Ao pesquisador Eduardo Costa da Silva, por apresentar as idias referentes ao
tema desta dissertao, mesmo que inconscientemente;
Aos professores do PsMQI, pelas instrues e avaliaes dedicadas;
equipe de secretaria do PsMQI, nas pessoas da Mrcia Ribeiro, Paula
Guimares e Jaime Ticona, pela tolerncia e respeito dedicados instituio e aos
alunos mestrandos;
todos os amigos e colegas, conhecidos durante o curso, especialmente queles
que se tornaram amigos, pelo incentivo;
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
Resumo
Mendona, Antonio Fernando Maciel. Monteiro, Elisabeth Costa (orientadora). Barbosa, Carlos Roberto Hall (co-orientador). Demanda por Calibrao de Instrumentos de Medio de Grandezas Magnticas no Brasil. Rio de Janeiro, 2013. 106p. Dissertao de Mestrado - Programa de Ps-Graduao em Metrologia (rea de concentrao: Metrologia para Qualidade e Inovao), Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro.
A confiabilidade dos resultados das medies garantida por meio da
rastreabilidade s unidades do Sistema Internacional de Unidades (SI). A cadeia
de rastreabilidade dos padres metrolgicos dos diversos laboratrios de cada pas
implantada, mantida e referenciada aos padres internacionais pelos Institutos
Nacionais de Metrologia (INM). No Brasil, apesar de uma demanda crescente
originria de diversos setores (regulatrio, industrial, servios, etc.), a
rastreabilidade de grandezas magnticas no foi implantada. No presente trabalho
realizado levantamento da demanda nacional por rastreabilidade metrolgica de
grandezas magnticas e caracterizadas as competncias, iniciativas e infraestrutura
nacionais j disponveis. As iniciativas para realizao das unidades SI de
grandezas magnticas j em implantao no INM apresentam a abrangncia
necessria ao atendimento das demandas regulatrias recentemente estabelecidas
no pas, mas no so suficientes para atender s faixas de intensidade e de
frequncia de densidade de fluxo magntico correspondentes s demandas
identificadas nos setores da indstria e de pesquisa e desenvolvimento.
Palavras-chave Metrologia; Grandezas Magnticas; Rastreabilidade Metrolgica; Calibrao.
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
Abstract
Mendona, Antonio Fernando Maciel. Monteiro, Elisabeth Costa (Advisor). Barbosa, Carlos Roberto Hall (co-Advisor). Brazilian demand for calibration of measuring instruments for magnetic quantities. Rio de Janeiro, 2013. 106p. MSc. Dissertation, Programa de Ps-Graduao em Metrologia (rea de concentrao: Metrologia para Qualidade e Inovao), Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro.
The traceability to the International System of Units (SI) guarantees the
reliability of measurement results. For each country, the metrological traceability
chain to an international measurement standard is supported by the National
Metrological Institute (NMI). Despite a growing demand from various sectors
(regulatory, industrial, services, etc.), the traceability of magnetic quantities has
not been implemented in Brazil. In the present work, the national demand for
metrological traceability of magnetic measurement results is investigated; and the
potential infrastructure and competencies already available are characterized. The
measurement infrastructure presently being built for realization of the SI unit of
magnetic flux density enables compliance to the regulatory requirements recently
established, but it is not sufficient for the range of magnitudes and frequencies of
this quantity that have been identified in other sectors, like Industry and Research
& Development .
Keywords Metrology; Magnetics quantity; Metrological traceability; Calibration.
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
Sumrio
1 Introduo 16
2 Magnetismo 18 2.1. Princpios do Magnetismo 19
2.2. Grandezas Magnticas 21
2.3. Materiais Magnticos 24
2.4. Magnetmetros 24
2.4.1. Magnetmetro de Bobina de Induo 26
2.4.2. Magnetmetro Fluxgate 27
2.4.3. Magnetmetro de Efeito Hall 29
2.4.4. Magnetmetro SQUID 31
2.4.5. Magnetmetro Magnetoresistivo (MR) 34
2.4.6. Magnetmetro Magnetoresistivo Gigante (GMR) 35
2.4.7. Magnetmetro Magnetoimpedncia Gigante (GMI) 36
3 Confiabilidade Metrolgica de Grandezas Magnticas 38
3.1. Organismos Internacionais 39
3.1.1. BIPM (Bureau International des Poids et Mesures) 39
3.1.2. OIML (International Organization of Legal Metrology) 47
3.1.3. ILAC (International Laboratory Accreditation Cooperation) 47
3.1.4. WHO (World Health Organization) 50
3.1.5. ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation
Protection) 51
3.1.6. ISO (International Organization for Standardization) 52
3.1.7. IEC (International Electrotechnical Commission) 54
3.2. Organismos Nacionais 56
3.2.1. INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia) 56
3.2.2. ANEEL (Agncia Nacional de Energia Eltrica) 64
3.2.3. ANVISA (Agncia Nacional de Vigilncia Sanitria) 66
3.2.4. ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas) 67
3.3. Rastreabilidade de grandeza magntica no mundo 70
3.4. Infraestrutura potencial disponvel para rastreabilidade de grandeza
magntica no Brasil 73
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
3.4.1. Grandezas Magnticas no INMETRO 74
3.4.2. Grandezas Magnticas em laboratrios com infraestrutura potencial 78
4 Demanda brasileira por calibrao em metrologia de grandezas
magnticas 85 4.1. Demanda do Setor Regulado 85
4.2. Demanda do Setor Industrial e Servios 93
4.3. Demanda do Setor de Pesquisa e Desenvolvimento 95
5 Discusso e Concluso. 98
Referncias Bibliogrficas 100
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
Lista de figuras
Figura 1- Magnetismo atmico. (a) Momento magntico global nulo. (b) Momento magntico global no nulo (Leite, 2010). 20
Figura 2 Alinhamento de domnios magnticos mediante aplicao de um campo magntico externo (Leite, 2010). 21
Figura 3- Antena em anel com ncleo de ar (Crasto, 2003). 27
Figura 4- Antena solenoidal com ncleo ferromagntico (Crasto, 2003). 27
Figura 5 Variaes do fluxo magntico: (a) Ncleo com alta permeabilidade (b) Ncleo com baixa permeabilidade (Kabata e Vitorello, 2007). 28
Figura 6 Representao de um sensor fluxgate. 29
Figura 7 Ilustrao do Efeito Hall. 30
Figura 8 Juno Josephson (Crasto, 2003). 32
Figura 9 Desenhos esquemticos (adaptado) de tipos de gradimetros comumente utilizados: (a) Axial de 1 Ordem (b) Axial de 2 Ordem (c) Planar de 1 ordem. (Barbosa, 1999). 33
Figura 10- Estrutura da rastreabilidade metrolgica com a disposio dos organismos participantes da cadeia de rastreabilidade metrolgica e disseminao das unidades do SI. 39
Figura 11- Esquema da Organizao Internacional da Metrologia. 43
Figura 12 - Esquema de realizao das comparaes-chave. 46
Figura 13- Esquema bsico de calibrao de campo magntico (Frana, 2011). 76
Figura 14 - Configurao Esquemtica de um padro de campo magntico (Martin, 2011). 79
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
Lista de tabelas
Tabela 1 - Grandezas magnticas e suas unidades. 23
Tabela 2- Gerao e medio do campo magntico em funo da faixa de intensidades. 78
Tabela 3 - Organizao cronolgica de regulamentao dos limites de exposio a RNI. 92
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
Lista de quadros
Quadro 1- Comits tcnicos e alguns subcomits da IEC mais diretamente relacionados a grandezas magnticas. 54
Quadro 2 Grandezas magnticas e respectivas faixas de intensidade e frequncia, que compem a Capacidade de Medio e Calibrao (CMC) declarada no KCDB do BIPM por cada um dos pases, apresentados em ordem decrescente de nmero de grandezas que realizam. 72
Quadro 3 Laboratrios Diviso de Metrologia Eltrica - Diele 74
Quadro 4 Faixas de intensidade e frequncia de grandezas magnticas para cuja medio os laboratrios exemplificados apresentam infraestrutura desenvolvida ou em desenvolvimento. 84
Quadro 5 - Quadro de exemplos de demandas por rastreabilidade de grandezas magnticas para diferentes faixas de frequncia, associadas aos setores regulatrio, industrial e de P&D no Brasil. 97
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
Abreviaturas e siglas
ASTM American Society for Testing Materials BIPM Bureau Internacional de Pesos e Medidas CBAC Comit Brasileiro de Avaliao da Conformidade CBM Comit Brasileiro de Metrologia CC Comit Consultivo Cgcre Coordenao Geral de Acreditao CGPM Conferncia Geral de Pesos e Medidas CIPM Comit Internacional de Pesos e Medidas CMC Calibration and Measurement Capabilities CONMETRO Conselho Nacional de Metrologia, Normalizao e Qualidade Industrial COOMET Cooperation in Metrology among the Central European Countries CPEM Conference on Precision Electromagnetic Measurements Dimci Diretoria de Metrologia Cientfica e Industrial DSH/ON Diviso do Servio da Hora do Observatrio Nacional EA European co-operation for Accreditation EUROMET European Metrology Collaboration FPNQ Fundao para o Prmio Nacional da Qualidade IAAC Inter American Accreditation Cooperation IAEA International Atomic Energy Agency IEC International Electrotechnical Commission ILAC International Laboratory Accreditation Cooperation INM Institut National de Mtrologie Inmetro Instituto Nacional de Metrologia, Normalizao e Qualidade Industrial IRD Instituto de Radioproteo e Dosimetria IRMM Institute for Reference Materials and Measurements ISO International Organization for Standardization JCRB Joint Committee of the Regional Metrology Organizations and the BIPM LGC Laboratory of the Government Chemist LNE Laboratoire National Dessais LNHB Laboratoire National Henri Becquerel MRA Mutual Recognition Arrangement NIST National Institute of Standards and Technology NMI National Metrology Institute PTB Physikalish-Technische Bundesanstalt OIML Organizao Internacional de Metrologia Legal NPL National Physical Laboratory SBM Sociedade Brasileira de Metrologia SENAI Servio Nacional de Aprendizagem Industrial RMO Regional Metrology Organization SIM Sistema Interamericano de Metrologia SINMETRO Sistema Nacional de Metrologia, Normalizao e Qualidade Industrial SI Sistema Internacional de Unidades VIM Vocabulrio Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
Deus, Nosso Criador e Senhor,
grande e poderoso, e Sua sabedoria sem medida.(Sl 147,5)
Ele envia suas ordens Terra, e sua palavra corre velozmente.(Sl 147,15) Deus ...tudo dispe com medida, nmero e peso.(Sb 11,20)
(Ordena) Tenham balanas, pesos e medidas exatas.(Lv 19,36) Observem todos os Meus (Deus) estatutos e normas, praticando-os.(Lv 19,37)
Sagrada Escritura, Bblia Catlica
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
1 Introduo
O progresso do magnetismo aconteceu aps Oersted descobrir (1820) que
um campo magntico pode ser gerado por uma corrente eltrica (Martins,1986).
William Sturgeon (1783-1850) utilizou com sucesso este conhecimento para
produzir o primeiro eletrom em 1823 (Serway e Jewett, 2009; Bassalo, 2007).
Embora muitos cientistas famosos (Gauss, Maxwell e Faraday) abordassem
o fenmeno do magnetismo do lado terico e de forma brilhante, foram
principalmente os fsicos do sculo XX que deram uma descrio adequada dos
materiais magnticos e lanaram as bases das tecnologias exploradoras deste
fenmeno natural. Curie e Weiss conseguiram esclarecer o fenmeno da
magnetizao espontnea e sua dependncia com a temperatura. A existncia de
domnios magnticos foi postulado por Weiss para explicar como um material
pode ser magnetizado e, no entanto, tem uma magnetizao lquida igual a zero.
As propriedades das paredes de tais domnios magnticos foram estudados
detalhadamente por Bloch, Landau e Nel (Bassalo, 2007).
Os materiais magnticos podem ser considerados como sendo
indispensveis na tecnologia moderna. So componentes de muitos dispositivos
eletromecnicos e eletrnicos. So tambm utilizados como componentes em uma
grande variedade de equipamentos industriais, mdicos e de tecnologia da
informao. As principais aplicaes envolvem a converso mecnica em energia
eltrica e vice-versa.
O tema da medio de grandezas magnticas se tornou de suma importncia
nos dias atuais, uma vez que materiais magnticos so amplamente aplicveis
tecnologicamente em aparelhos celulares e partculas nanomagnticas, por
exemplo. Porm, este tema de natureza altamente interdisciplinar, combinando
reas dos cristais, qumica, metalurgia e fsica do estado slido, eletrnica e
telecomunicaes.
A Metrologia busca garantir a confiana do cliente, atribuindo qualidade ao
produto, atender s necessidades da sociedade em que est inserida, reduzir o
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
17
consumo e o desperdcio de matria-prima (pela calibrao dos equipamentos),
reduzir a possibilidade de rejeio do produto e das empresas fornecedoras e
aumentar a produtividade.
A calibrao, que estabelece a relao entre os valores e as incertezas de
medio fornecidos por padres e as indicaes correspondentes com as
incertezas associadas, informa sobre a adequao das propriedades metrolgicas
do instrumento, validando os resultados obtidos, sendo fundamental, portanto,
qualidade de um processo produtivo.
A confiabilidade dos resultados das medies garantida por meio da
rastreabilidade s unidades do Sistema Internacional de Unidades (SI). A cadeia
de rastreabilidade dos padres metrolgicos dos diversos laboratrios de cada pas
deve ser implantada, mantida e referenciada aos padres internacionais pelos
Institutos Nacionais de Metrologia (INM).
No Brasil, apesar de uma demanda crescente originria de diversos setores,
a rastreabilidade de grandezas magnticas no foi implantada at o presente
momento.
Nesta dissertao realizado um levantamento da demanda nacional por
rastreabilidade metrolgica de grandezas magnticas e caracterizadas as
competncias, iniciativas e infraestrutura nacionais j disponveis.
Assim, o captulo 2 visa conceituar as principais grandezas magnticas em
estudo, sendo tratadas questes relativas a algumas caractersticas bsicas do
magnetismo. Mostram-se tambm os diversos tipos de equipamentos para
medio dessas grandezas, os chamados magnetmetros. No captulo 3
apresentada a estrutura de rastreabilidade metrolgica, juntamente com os
organismos que garantem esta confiabilidade para as grandezas magnticas,
particularmente. No captulo 4, so apresentados os resultados da avaliao da
demanda nacional por rastreabilidade de grandezas magnticas, finalizada no
captulo 5, com a comparao da demanda identificada e a caracterizao da
infraestrutura potencial j existente no pas.
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
2 Magnetismo
Em fsica e demais cincias naturais, magnetismo a denominao
associada ao fenmeno ou conjunto de fenmenos naturais relacionados atrao
ou repulso observada entre determinados materiais - particularmente intensas aos
nossos sentidos nos materiais ditos ms ou em materiais ditos (ferro)magnticos -
e ainda, em perspectiva moderna, entre tais materiais e condutores de correntes
eltricas - especificamente entre tais materiais e portadores de cargas eltricas em
movimento - ou ainda a uma das parcelas da interao total (Fora de Lorentz)
que estabelecem entre si os portadores de carga eltrica quando em movimento -
explicitamente a parcela que mostra-se nula na ausncia de movimento de um dos
dois, ou de ambos, no referencial adotado. (Halliday, Resnick e Krane, 2009).
O nome magnetismo resultou do nome de Magnsia, cidade da sia Menor
(Turquia), onde existe um minrio chamado "magnetita" (pedra-m ou pedra
magntica) que possui a propriedade de atrair objetos ferrosos distncia (sem
contato fsico). Tal propriedade muito utilizada em bssolas, j que as agulhas
magnticas se orientam no sentido do eixo terrestre Norte-Sul magntico, prximo
do eixo terrestre Norte-Sul geogrfico.
Civilizaes antigas conheciam a magnetita, mineral que atrai o ferro. As
observaes de fenmenos magnticos naturais so relatadas com frequncia entre
as realizadas pelos gregos. No sculo VI a.C., Tales de Mileto, em uma de suas
viagens ao continente (na poca provncia da Grcia), constatou que pequenas
pedras tinham a capacidade de atrair tanto objetos de ferro quanto a de atrarem-
se. No sculo VI os chineses j dominavam a tecnologia para a fabricao de
ms. Em 1269, Pierre de Maricourt descreveu com detalhes a maioria das
experincias tpicas associadas ao fenmeno, sendo as nomenclaturas "polo norte"
e "polo sul" associadas aos polos de um m e a lei dos "opostos se atraem, iguais
se repelem" diretamente associada aos mesmos. Tambm observou que em um
m, mesmo quando oriundo de fratura de outro, encontram-se presentes sempre
dois polos opostos. At o incio do sculo XVII tais fenmenos no haviam sido
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
19
estudados de forma sistemtica, o que foi feito pela primeira vez por William
Gilbert, autor de De Magnete (1600; Sobre os ms), que enunciou suas
propriedades fundamentais e descobriu o campo magntico terrestre utilizando
bssolas rudimentares.
No final do sculo XVIII, Charles-Augustin de Coulomb elaborou, para a
magnetosttica, leis semelhantes s que regiam os movimentos de atrao e
repulso entre cargas eltricas em repouso. Assim, postulou que uma fora
magntica era diretamente proporcional a grandezas que denominou unidades de
magnetizao, ou intensidades de polo magntico, e inversamente proporcional ao
quadrado da distncia que separa os objetos imantados.
No sculo XIX, em decorrncia dos experimentos realizados pelo
dinamarqus Hans Christian rsted e pelo britnico Michael Faraday, e das
expresses matemticas do britnico James Clerk Maxwell, unificaram-se as leis
da eletricidade e do magnetismo, sendo o fenmeno unificado chamado de
eletromagnetismo. O eletromagnetismo encerra em si todos os fenmenos
eltricos, todos os magnticos, e mais os fenmenos associados interrelao
explcita ou implcita entre os dois primeiros. O magnetismo passou a ser
considerado tambm como uma manifestao das cargas eltricas em movimento
(Halliday, Resnick e Krane, 2009).
2.1. Princpios do Magnetismo
Todas as substncias slidas, lquidas ou gasosas apresentam alguma
caracterstica magntica, em todas as temperaturas. O magnetismo uma
propriedade bsica de todos os materiais (Sinnecker, 2000).
As propriedades magnticas dos materiais tm sua origem no movimento
dos eltrons, nos tomos. Do ponto de vista clssico, so de dois tipos os
movimentos, associados ao eltron, que podem explicar a origem dos momentos
magnticos: o momento angular orbital do eltron e o momento angular do spin
do eltron nos ons e tomos que compem o material (Araujo, 2009).
Sabe-se que no mximo dois eltrons podem ocupar o mesmo nvel
energtico de um tomo isolado. Esses dois eltrons tm spins opostos e, como
cada eltron, quando girando em torno de si mesmo, equivalente a uma carga se
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
20
movendo, cada eltron atua como um magneto extremamente pequeno, com os
correspondentes polos norte e sul. Em geral, o nmero de eltrons que tm um
certo spin igual ao nmero de eltrons que tm o spin oposto e o efeito global
uma estrutura magneticamente insensvel. Entretanto, em um elemento com
subnveis internos no totalmente preenchidos, o nmero de eltrons com spin em
um sentido diferente do nmero de eltrons com spin contrrio. Dessa forma
esses elementos tm um momento magntico global no nulo (Figura 1)
(Leite, 2010).
Figura 1- Magnetismo atmico. (a) Momento magntico global nulo. (b) Momento magntico
global no nulo (Leite, 2010).
Um material magntico subdividido em domnios magnticos com
diferentes orientaes de magnetizao. Dentro de um domnio os momentos
magnticos apresentam um alinhamento unidirecional. Em um material magntico
desmagnetizado os domnios esto orientados ao acaso, de forma que seus efeitos
se cancelam. Quando um campo magntico externo aplicado ao material, os
domnios tendem a se alinhar com o campo, magnetizando o material, uma vez
que o vetor soma dos momentos magnticos individuais no mais nulo. Este
alinhamento dos domnios magnticos pode permanecer ou no aps a retirada do
campo externo (Figura 2).
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
21
Figura 2 Alinhamento de domnios magnticos mediante aplicao de um campo magntico
externo (Leite, 2010).
2.2. Grandezas Magnticas
Os momentos magnticos de um material tendem a se alinhar quando o
material colocado sob a influncia de um campo magntico (H) externo,
situao em que o material dito magnetizado. A intensidade magntica de um
material magnetizado, chamada de magnetizao (M), depende da densidade do
momento distribudo pelo volume e definida pela razo entre a soma de todos os
momentos magnticos elementares (m) e o volume total que eles ocupam (V)
(Araujo, 2009).
(2.1)
A magnetizao uma propriedade do material que pode surgir de fontes
magnticas internas ou ser induzida por um campo magntico externo. Assim
como o campo magntico externo, a magnetizao uma grandeza vetorial
(Crasto, 2003).
O fluxo magntico () definido como a quantidade de linhas de campo que
atingem perpendicularmente uma dada superfcie. As linhas de campo
representam geometricamente um campo magntico e so linhas envoltrias
imaginrias fechadas que nunca se cruzam.
A induo magntica ou densidade de fluxo magntico, indicada por B,
uma grandeza vetorial determinada pela relao entre o fluxo magntico () e a
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
22
rea de uma dada superfcie perpendicular direo do fluxo magntico (A). A
direo da densidade de fluxo magntico sempre tangente s linhas de campo
magntico em qualquer ponto e o sentido sempre o mesmo das linhas de campo.
Assim:
(2.2)
O nmero de linhas de campo magntico que atravessam
perpendicularmente uma dada superfcie proporcional ao mdulo da densidade
de fluxo magntico na regio considerada. Assim, onde as linhas de campo esto
muito prximas uma das outras, o valor da densidade de fluxo magntico alto.
A equao (2.3) descreve a relao entre campo magntico, densidade de
fluxo magntico e magnetizao do material.
(2.3)
onde0 a permeabilidade magntica do vcuo, constante universal de valor
4 x 10-7H/m.
A resposta de um material a um campo aplicado pode ser representada por
suas permeabilidade e susceptibilidade magnticas. A permeabilidade magntica
() de um material expressa intrinsecamente sua capacidade de se mostrar mais ou
menos suscetvel passagem de fluxo magntico e definida por:
(2.4)
A relao entre a permeabilidade magntica () de um dado material e a
permeabilidade do vcuo (0) chamada de permeabilidade relativa e definida
por:
(2.5)
A susceptibilidade magntica (), por sua vez, expressa a resposta do
material ao campo aplicado e definida pela razo entre magnetizao e campo
aplicado.
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
23
(2.6)
A tabela 1 apresenta as grandezas magnticas mais importantes e suas
unidades.
Tabela 1 - Grandezas magnticas e suas unidades.
Grandeza Unidade Converso Nome Smbolo SI CGS
Fluxo Magntico weber (Wb) maxwell
(Mx) 1 Mx = 10-8 Wb
Densidade de Fluxo Magntico B
tesla (T)
gauss (G) 1 G = 10
-4 T
Campo Magntico H ampere por metro (A/m) oersted
(Oe) 1 Oe =
1/4 x 103 A/m
Magnetizao M ampere por metro (A/m) e.m.u.cm-3 1 e.m.u. cm
-3= 1000 A/m
Permeabilidade Magntica
henry por metro (H/m) adimensional -
Susceptibilidade Magntica adimensional adimensional -
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
24
2.3. Materiais Magnticos
Os materiais magnticos podem ser classificados pela forma como
respondem a um campo magntico aplicado. A resposta do material a este campo
pode ser representada por sua susceptibilidade magntica e permeabilidade
relativa, podendo os materiais serem classificados em diamagnticos,
paramagnticos, ferromagnticos, ferrimagnticos e antiferromagnticos.
Os materiais diamagnticos so os que apresentam valores reduzidos e
negativos de susceptibilidade magntica, entre -10-6 e -10-5, e permeabilidade
relativa um pouco abaixo de 1 (r< 1) como o mercrio, ouro, prata e cobre.
J os materiais paramagnticos so os que apresentam valores reduzidos e
positivos de susceptibilidade magntica, entre 10-5 e 10-3, e permeabilidade
relativa um pouco acima de 1 (r> 1) como a platina, potssio, sdio, alumnio,
cromo e mangans (Buschow e Boer, 2004).
Os materiais ferromagnticos, ferrimagnticos e antiferromagnticos, por
sua vez, apresentam alta susceptibilidade magntica e permeabilidade relativa
muito maior que 1 (r>> 1). Ferro, nquel, ao e cobalto e ligas destes materiais
so exemplos de materiais ferromagnticos.
2.4. Magnetmetros
A intensidade de campo magntico e outras grandezas magnticas podem
ser medidas usando diferentes tcnicas. Cada tcnica possui propriedades nicas
que a torna mais adequada a determinadas aplicaes. Estas aplicaes podem
variar desde a deteco da presena ou variao de campo magntico at a
medio precisa das propriedades vetoriais e escalares dos campos (Crasto, 2003).
Os magnetmetros existentes exploram vrios conceitos fsicos, a maioria
sendo baseada na conexo entre os fenmenos eltricos e magnticos. Em geral,
um magnetmetro baseado em um tipo de sensor, que converte o campo
magntico em um sinal eltrico (Arajo, 2009). Existem vrios tipos de
magnetmetros que so bem diferentes entre si nos aspectos de construo e
custo. A escolha de um magnetmetro para uma determinada aplicao depende
da resoluo desejada, tamanho fsico e preo.
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
25
Os magnetmetros podem ser classificados em escalares, que medem apenas
o mdulo do campo magntico, e vetoriais, que conseguem medir separadamente
cada um das componentes do campo. Os transdutores magnticos do tipo Bobina,
Fluxgate, SQUID, Efeito Hall, Magnetoresistivo e Magnetoimpedncia Gigante
so magnetmetros vetoriais, enquanto os dispositivos baseados em
Bombeamento ptico e Precesso Nuclear so classificados como escalares.
A bobina de induo e o fluxgate so os mais utilizados entre os sensores
vetoriais. Eles so robustos, seguros e relativamente de menor custo quando
comparados a outros instrumentos de medio para campos magnticos de baixa
intensidade (< 10-3 T).
Os magnetmetros que utilizam dispositivos supercondutores de
interferncia quntica (Superconducting Quantum Interference Device SQUID)
so os de maior sensibilidade entre todos os instrumentos de medio de campo
magntico. Estes sensores operam em temperaturas prximas do zero absoluto e
necessitam de um sistema de controle trmico especial, o que torna os
magnetmetros SQUIDs menos robustos, menos confiveis e de maior custo
(Crasto, 2003).
Os dispositivos de efeito Hall so os mais antigos e comuns para medio
vetorial de campos magnticos extremamente altos, maiores que 1 T (Crasto,
2003), mas atualmente existem modelos que tambm permitem a medio de
campos com magnitudes menores, na faixa de 10-5 T.
O magnetmetro de precesso nuclear (nuclear precession magnetometer)
o instrumento mais popular para medio escalar de intensidade de campo
magntico. Sua principal aplicao est na explorao geolgica e mapeamento
areo de campo magntico. Este tipo de magnetmetro no pode ser utilizado em
medies com rpida variao de campo, pois possui baixa taxa de amostragem,
da ordem de 1 a 3 amostras por segundo (Crasto, 2003).
O magnetmetro de bombeamento tico (optically pumped magnetometer)
opera com alta taxa de amostragem e possui maior sensibilidade que o
magnetmetro de precesso nuclear. No entanto de custo mais elevado, menos
robusto e tem menor confiabilidade (Crasto, 2003).
A seguir so detalhados os princpios de funcionamento destes dispositivos
e suas aplicaes.
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
26
2.4.1. Magnetmetro de Bobina de Induo
A bobina de induo um dos mais simples dispositivos detectores de
campo magntico existentes e o seu funcionamento est baseado na lei de Induo
de Faraday que prev a induo de uma fora eletromotriz () nos terminais de
uma bobina, se houver variao temporal do fluxo magntico () que a atravessa.
(3.1)
As duas configuraes mais comuns de bobina de induo para medio de
intensidade de campo magntico so antena em anel com ncleo de ar e antena em
haste. O princpio de operao o mesmo para ambas as configuraes.
2.4.1.1. Antena em Anel com Ncleo de Ar
A antena em anel com ncleo de ar consiste em um anel, circular ou
retangular, contendo uma ou mais voltas de fio sem um ncleo magntico
(Figura 3). O dimetro do anel normalmente muito maior que as dimenses da
seo reta do enrolamento. A sensibilidade de uma antena de anel circular com
enrolamento interno de dimetro d, espessura de enrolamento t, nmero de voltas
n e seo reta retangular aproximadamente (Crasto, 2003):
(3.2)
Este tipo de instrumento utilizado na medio de campos magnticos com
frequncias na faixa de 100Hz at alguns megahertz. Um ponto negativo o
tamanho que o dispositivo dever ter para aplicaes em que seja necessria alta
sensibilidade em baixas frequncias (Crasto, 2003).
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
27
Figura 3- Antena em anel com ncleo de ar (Crasto, 2003).
2.4.1.2. Antena em Haste
A antena em haste menor que uma antena em anel com ncleo de ar de
mesma sensibilidade, e pode ser projetada para operar em baixas frequncias. No
entanto, sua resposta intensidade de campo magntico pode ser no linear, alm
do ncleo adicionar rudo ao sinal.
A Figura 4 uma configurao tpica de antena em haste e consiste
basicamente em um solenoide com um ncleo magntico. O ncleo pode
apresentar seo reta circular ou retangular e de material de alta permeabilidade
magntica relativa. O enrolamento pode ser montado diretamente sobre o ncleo
ou em uma frma, pela qual o ncleo posteriormente inserido. Um isolante pode
ser posto entre as camadas do enrolamento para reduzir a capacitncia distribuda
(Crasto, 2003).
Figura 4- Antena solenoidal com ncleo ferromagntico (Crasto, 2003).
2.4.2. Magnetmetro Fluxgate
Magnetmetros de ncleo saturado ou fluxgates so amplamente usados em
medies de campo magntico de baixa intensidade, principalmente em
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
28
aplicaes associadas a observaes geomagnticas, pesquisas espaciais,
prospeco mineral, sistemas de navegao de avies e msseis e deteco de
veculos e submarinos, por causa do baixo consumo de energia, baixo nvel de
rudo, ampla faixa dinmica e grande sensibilidade (Kabata et al., 2004).
Em termos de sensibilidade para campos de baixa frequncia, os fluxgates e
o GMI perdem apenas para os magnetmetros SQUIDs mas, diferentemente
desses, no necessitam de baixas temperaturas para operar. So resistentes,
confiveis, fisicamente pequenos e capazes de medir campos estticos ou
alternados com frequncias de at alguns kilohertz, com resoluo de 10-10 T a 10-
4 T. Sua origem data do final da dcada de 1930, tendo sido largamente usado
durante o perodo da 2 Guerra Mundial na deteco de submarinos (Silva, 2010).
O princpio geral de funcionamento deste magnetmetro uma aplicao
imediata da Lei de Induo de Faraday, assim como a dos magnetmetros do tipo
bobina de induo. No entanto, as variaes no fluxo magntico so provocadas
por meio de alteraes na permeabilidade magntica do seu ncleo
ferromagntico.
Os magnetmetros fluxgates consistem em um ncleo de material magntico
envolvido por uma bobina e tm seu funcionamento baseado nas propriedades de
saturao de ligas magnticas moles, que possibilitam o chaveamento do fluxo
magntico, devido variao da permeabilidade magntica do material usado
como ncleo. Se o ncleo tiver alta permeabilidade, o campo externo ser
''canalizado'' para dentro dele e o fluxo que atravessa a espira ser muito grande
(Figura 5a). Se a permeabilidade do meio diminuir repentinamente, o campo
deixar de se concentrar dentro da espira e o fluxo devido ao campo externo
diminuir (Figura 5b). Nesse instante, a variao do fluxo provoca
uma tenso induzida proporcional ao campo externo que se quer medir (Kabata e
Vitorello, 2007).
Figura 5 Variaes do fluxo magntico: (a) Ncleo com alta permeabilidade (b) Ncleo com
baixa permeabilidade (Kabata e Vitorello, 2007).
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0102-261X2007000200005&script=sci_arttext#fig01#fig01http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0102-261X2007000200005&script=sci_arttext#fig01#fig01DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
29
O controle da permeabilidade do material possvel por meio de um campo
magntico adicional, denominado campo magntico de excitao, gerado a partir
de um enrolamento chamado enrolamento de excitao (enrolamento primrio).
Quando no h corrente passando no primrio, a permeabilidade do ncleo a
prpria permeabilidade do material, que pode atingir valores altssimos para
materiais ferromagnticos. Se uma corrente suficientemente alta aplicada no
enrolamento primrio, de forma a gerar um campo magntico H maior que o
campo magntico de saturao do material HS, ento a permeabilidade do ncleo
decresce para valores prximos ao da permeabilidade do vcuo, como se o ncleo
tivesse desaparecido do interior da bobina.
Envolvendo todo o conjunto (bobina de excitao e ncleo), existe um
enrolamento denominado bobina detectora (enrolamento secundrio). Ela
responsvel pela deteco da variao do fluxo magntico. Cada vez que o ncleo
passa da condio de saturado para no saturado, ou vice-versa, as linhas de
campo magntico que cortam as espiras da bobina detectora induzem pulsos de
tenso com amplitude proporcional magnitude do campo externo e com fase
indicando a direo do campo. Desta forma, dois pulsos so gerados a cada ciclo,
e so amostrados com um sinal de frequncia duas vezes maior que a frequncia
de excitao (Kabata e Vitorello, 2007).
A Figura 6 apresenta a configurao esquemtica de um sensor fluxgate.
Figura 6 Representao de um sensor fluxgate.
2.4.3. Magnetmetro de Efeito Hall
O magnetmetro de efeito Hall baseado no fenmeno descoberto em 1879
por Edwin H. Hall, enquanto trabalhava na sua tese de doutorado em Fsica na
Johns Hopkins University em Baltimore, Estados Unidos. Aplicando um campo
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
30
magntico perpendicular direo da corrente eltrica em um condutor eltrico,
E. H. Hall verificou que aparecia uma diferena de potencial eltrico nas laterais
do condutor (Araujo, 2009).
O efeito Hall est relacionado com a fora de Lorentz, que define a
interao de uma carga q em movimento em um campo magntico B. Quando um
condutor exposto a uma induo magntica transversal, os eltrons em
movimento so repelidos para uma das bordas. A concentrao de eltrons nessa
borda causa um campo eltrico, que por sua vez forma uma fora eletrosttica
contrria fora resultante do campo magntico, a chamada fora de Lorentz. O
campo eltrico transversal ao condutor causa uma diferena de potencial entre as
bordas do condutor, conhecida como tenso Hall (Silva, 2010). A Figura 7 ilustra
o efeito Hall.
Figura 7 Ilustrao do Efeito Hall.
A diferena de potencial V induzida ao longo da largura do condutor, a
chamada tenso Hall, dada por
(3.4)
onde t a espessura do material, I a corrente de excitao que flui sobre o
dispositivo, B a densidade de fluxo magntico ortogonal superfcie do
dispositivo e RH o coeficiente Hall, o qual constante para um dado material a
uma temperatura fixa, sendo expresso em m3/oC. O coeficiente Hall est
diretamente relacionado com a mobilidade dos eltrons no material () e a
condutividade (), sendo definido pela equao:
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
31
(3.5)
Os materiais mais usados na fabricao de dispositivos de efeito Hall so
materiais semicondutores, como arsenieto de glio (GaAs), antimonieto de ndio
(InSb), e arsenieto de ndio (InAs). Este ltimo o material favorito para
fabricao de dispositivos de efeito Hall, devido ao baixo coeficiente de
sensibilidade de temperatura (< 0,1%/C), baixa resistncia e boa sensibilidade
relativa.
A corrente de controle tpica para dispositivos de efeito Hall 100 mA, mas
alguns dispositivos podem operar com correntes inferiores a 1 mA. A faixa de
sensibilidade de 10 mV/T a 1,4 V/T e a faixa de linearidade de 0,25% a 2% da
faixa de campo estimado. As impedncias de entrada e de sada so tipicamente
na faixa entre 1 a 3 . O elemento sensor normalmente tem dimenses da
ordem de 10 mm2 com 0,5 mm de espessura (Crasto, 2003).
2.4.4. Magnetmetro SQUID
Magnetmetros que tm como elemento sensor o SQUID (Superconducting
Quantum Interference Device) transformam variaes extremamente pequenas de
campo magntico em uma tenso eltrica e so os de maior sensibilidade dentre
todos os instrumentos de medio de campo magntico, com sensibilidades da
ordem de10-15T, operando na faixa de frequncias de 0 kHz a 2 kHz. O princpio
de operao do SQUID baseado em propriedades de supercondutividade, no
efeito Josephson e na quantizao do fluxo magntico (conservao do fluxo
magntico) em um circuito supercondutor fechado.
Experimentalmente, o efeito Josephson caracterizado por uma corrente
crtica, abaixo da qual uma barreira de potencial, ou juno, supercondutora. No
estado supercondutor o circuito apresenta resistncia nula e, consequentemente,
mesmo quando aplicada uma corrente eltrica, a tenso verificada em seus
terminais nula. Para um valor de corrente superior ao valor da corrente crtica, a
barreira de potencial transita para o estado normal, e consequentemente passa a
detectar uma tenso no nula. demonstrado que, no SQUID, a corrente crtica
funo do fluxo magntico aplicado. A medio da variao da corrente crtica
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
32
permite determinar a variao do fluxo que atravessa o dispositivo (Sampaio,
Garcia e Cernicchiaro, 2000).
A Figura 8 ilustra a estrutura geral de uma juno Josephson, que consiste
em um supercondutor como o nibio separado por uma fina camada isolante.
Figura 8 Juno Josephson (Crasto, 2003).
Um SQUID consiste em um anel supercondutor interrompido por uma ou
duas junes Josephson. No primeiro caso, ele denominado SQUID RF e no
segundo caso, SQUID DC. O SQUID RF utiliza basicamente correntes alternadas
com frequncias na faixa RF (radio frequency), enquanto que o SQUID DC utiliza
apenas correntes contnuas.
Os SQUIDs RF tiveram bastante sucesso nos primeiros magnetmetros
comerciais, devido a sua relativa facilidade de fabricao, pois apresentam uma
nica juno. No entanto, devido boa relao sinal-rudo e eletrnica mais
simples, a maior parte dos SQUIDs comercializados so DC.
Os magnetmetros SQUID, pelo fato de seus elementos sensores serem
constitudos de materiais supercondutores, necessitam que estes elementos, para
operarem, estejam imersos em um lquido criognico dentro de um recipiente
termicamente isolado (dewar), uma vez que demandam temperaturas de operao
muito baixas. Os sistemas SQUID que demandam temperaturas de operao
extremamente baixas (em torno de 4,2 K) exigem resfriamento por hlio lquido
enquanto que os sistemas SQUID que demandam temperaturas de operao mais
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
33
elevadas (em torno de 77 K dependendo do material utilizado na confeco dos
anis supercondutores) possibilitam o resfriamento por nitrognio lquido.
Outro ponto relacionado com a sua operao que, devido a sua elevada
sensibilidade, a aplicao do SQUID para medio de campos magnticos exige a
reduo do rudo magntico presente no ambiente onde as medidas so realizadas.
Para eliminar a influncia de fontes magnticas distantes (rudo) utilizam-se
transformadores de fluxo (gradimetros) que, acoplados ao SQUID, so capazes
de discriminar fontes distantes, que geram campos magnticos de alta intensidade
e baixa frequncia espacial, em favor das fontes prximas ao sensor (sinal
magntico de interesse), que geram campos de baixa intensidade e com espectro
amplo de frequncias. Dessa forma, os gradimetros utilizados so filtros
espaciais passa-alta (Barbosa, 1999). A Figura 9 apresenta os tipos mais comuns
de gradimetros.
Figura 9 Desenhos esquemticos (adaptado) de tipos de gradimetros comumente utilizados: (a)
Axial de 1 Ordem (b) Axial de 2 Ordem (c) Planar de 1 ordem. (Barbosa, 1999).
Os gradimetros consistem basicamente em um certo nmero de bobinas
conectadas em srie e separadas por uma distncia conhecida como linha de base.
O nmero de voltas de cada bobina, o sentido do enrolamento e a linha de base
so definidos para obter a filtragem das baixas frequncias espaciais. Os
gradimetros mais utilizados nos sistemas SQUID a baixas temperaturas so os
axiais (Figura 9a/b), confeccionados com fio supercondutor em torno de um
mandril cilndrico, enquanto que para os sistemas SQUID de alta temperatura,
construdos base de filmes finos, utiliza-se o gradimetro planar de 1 ordem
(Figura 9c).
Uma das principais aplicaes do magnetmetro SQUID a pesquisa
biomdica, em virtude de possuir sensibilidade suficientemente alta para medir os
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
34
campos magnticos extremamente fracos gerados pelo corpo humano, na faixa de
10-9 T a 10-15 T. Outras reas de aplicao incluem o paleomagnetismo (medio
do magnetismo remanescente de rochas) e teluricomagnetismo (medio do
magnetismo da terra) (Crasto, 2003).
2.4.5. Magnetmetro Magnetoresistivo (MR)
Magnetmetros magnetoresistivos so dispositivos que utilizam sensores
magnticos cujo funcionamento baseado no efeito da magnetoresistncia (MR),
que consiste na mudana da resistncia eltrica de um material em funo de um
campo magntico externo aplicado.
O efeito magnetoresistivo foi primeiramente observado por William
Thomsom (Lord Kelvin) em 1856, que realizou experimentos com barras de ferro
e nquel, nas quais aplicou um campo magntico e observou o aumento no valor
da resistncia eltrica do material. O efeito de magnetoresistncia descoberto por
W. Thomson conhecido como magnetoresistncia anisotrpica (Anisotropic
Magnetoresistance - AMR) (Santos, 2011).
Em geral, os dispositivos baseados em materiais magnticos que apresentam
o efeito de magnetoresistncia so do tipo multicamada, construdos a partir da
sobreposio alternada de filmes finos de diferentes materiais (ferromagnticos e
isolantes), com diferentes configuraes a fim de maximizar o efeito (SANTOS,
2011). Os materiais usados na fabricao de elementos magnetoresistivos so
ligas metlicas de Ni-Fe-Co, Ni-Fe-Mo e permalloy (famlia de ligas metlicas
com cerca de 80% de nquel e 20% de ferro). O permalloy apresenta alto efeito
magnetoresistivo sendo o material favorito para este tipo de dispositivo
(Montovani, 2009).
Sensores magnetoresistivos so sensores de ordem zero, diferindo dos
sensores indutivos e de efeito Hall que so sensores de primeira ordem
(Montovani, 2009), sendo capazes de medir campos magnticos na faixa entre
10-3 e 104 A/m.
Os magnetmetros magnetoresistivos so utilizados em medies
relacionadas com a medio direta de campo magntico, tais como gravaes de
sinais de udio, leitura de cartes magnticos e etiquetas magnticas, e em
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
35
medies relacionadas com a medio de grandezas por meio de variao do
campo magntico, tais como deslocamento angular e linear, chaves de
proximidade e medies de posio (Montovani, 2009).
2.4.6. Magnetmetro Magnetoresistivo Gigante (GMR)
O fenmeno da Magnetoresistncia Gigante (Giant Magnetoresistance -
GMR) consiste em mudanas bruscas na resistncia de um material em funo da
variao do campo magntico (Silva, 2010).
A GMR foi descoberta entre os anos de 1988 e 1989 pelo francs Albert
Fert e pelo alemo Peter Grunberg, em trabalhos simultneos e independentes, a
partir de multicamadas de filmes finos de ferro e cromo alternados. O grupo de
Fert obteve valores de variaes da resistncia eltrica de 80% para baixa
temperatura e de 20% para temperatura ambiente, enquanto que o grupo de
Grunberg obteve variaes de 10% temperatura ambiente. Devido aos altos
valores de variao de resistncia obtidos, nomearam o efeito de
magnetoresistncia gigante (Santos, 2011).
Uma estrutura simplificada de um dispositivo que apresenta o efeito GMR
pode ser construda a partir de trs camadas de filmes sobrepostas: uma camada de
material ferromagntico, uma de material no-magntico (isolante) e uma de
material ferromagntico com configurao de magnetizao antiparalela
primeira camada. A mudana na resistncia do dispositivo ocorre com a aplicao
de um campo magntico capaz de alinhar os momentos magnticos das camadas
de material ferromagntico (Santos, 2011). Quando as magnetizaes das camadas
ferromagnticas so paralelas entre si, e com mesmo sentido, os eltrons com
configurao de spin paralela magnetizao do material conseguem se
locomover mais facilmente e passar pela estrutura sem dificuldade (a resistncia
eltrica pequena). Por outro lado, eltrons com configurao de spin antiparalela
magnetizao do material sero espalhados, aumentando a resistncia eltrica
deste dispositivo. Este efeito maximizado quando as camadas so extremamente
finas pois, para certas espessuras das camadas e de suas separaes, as
magnetizaes das camadas ferromagnticas naturalmente se alinham em direes
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
36
opostas sem a necessidade de campo magntico externo (acoplamento
antiferromagntico).
Atualmente existem diversos grupos de pesquisa nessa rea devido a seu
grande potencial tecnolgico. Hoje existem dispositivos GMR operando em
temperatura ambiente, capazes de apresentar variaes de sua resistncia em
funo do campo magntico superiores a 10%/Oe (Silva, 2010). Os
magnetmetros GMR, em relao aos de efeito Hall, apresentam maior nvel de
sinal de sada, maior sensibilidade e maior estabilidade com a temperatura. Em
relao aos AMR, os GMR apresentam menores dimenses fsicas, maior nvel de
sinal, menor consumo de energia e menor custo, alm de poderem operar em uma
faixa maior de intensidades de campo.
2.4.7. Magnetmetro Magnetoimpedncia Gigante (GMI)
Magnetmetros GMI so dispositivos que utilizam sensores magnticos
baseados no efeito da Magnetoimpedncia Gigante (Giant Magnetoimpedance
GMI), que se caracteriza pela grande variao da impedncia (mdulo e fase) de
uma amostra de material ferromagntico amorfo quando submetida a um campo
magntico externo. Apesar de sua recente descoberta (dcada de 1990), este
fenmeno tem sido objeto de intensos estudos, tanto do ponto de vista de sua
fsica bsica quanto do ponto de vista das enormes perspectivas de aplicaes
tecnolgicas.
Magnetmetros GMI j vm sendo desenvolvidos para diversas aplicaes,
dentre as quais se destacam: detectores de presena, controle de processos
industriais, pesquisa espacial e aplicaes aeroespaciais, sistemas de navegao,
memrias de alta densidade e HDs, controle de trfego, deteco de fissuras em
materiais e aplicaes biolgicas e biomdicas (Silva, 2010).
A grande vantagem deste tipo de transdutor magntico em comparao a
outras alternativas o seu baixo custo para produo em escala, boa sensibilidade
e grande faixa de frequncias de operao (Silva, 2010).
Os resultados obtidos at o momento (Cavalcanti et al., 2008; Louzada et
al., 2008 ; Silva et al., 2010 ; Costa Silva et al., 2011; Silva et al., 2011; Silva et
al., 2013) permitem vislumbrar a possibilidade futura de utilizao destes
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
37
dispositivos, devido elevada sensibilidade, na deteco de campos
biomagnticos, cujas densidades de fluxo magntico esto situadas na faixa entre
10-9 T e 10-15 T.
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
3 Confiabilidade Metrolgica de Grandezas Magnticas
A Conveno do Metro, tratado internacional assinado em 20 de maio de
1875, estabeleceu um marco na busca de harmonizao e uniformidade das
medies em nvel mundial. A partir desta data, muitos organismos surgiram com
o objetivo de atuar em metrologia ou em reas relacionadas (Pizzolato, 2006). Nos
ltimos 60 anos, o nmero de organismos que atuam no processo de fornecer
confiana s medies se tornou pelo menos trs vezes maior do que existia h
200 anos, incluindo os institutos nacionais de metrologia e os organismos
internacionais envolvidos com sistematizao e formalizao, avaliao da
conformidade e metrologia. Nesta busca internacional pela confiabilidade dos
resultados das medies, a rastreabilidade metrolgica ocupa a posio
fundamental do processo (Pizzolato, 2006).
A cadeia de rastreabilidade tem como pice a definio das unidades do
Sistema Internacional de Unidades (SI), realizadas pelo BIPM (Bureau
International des Poids et Mesures), laboratrio internacional de metrologia,
possuidor da mais elevada exatido de medio (Figura 10). A estrutura piramidal
da cadeia de rastreabilidade metrolgica se estende desde as definies das
unidades SI, passando pelos padres nacionais, implantados e mantidos pelos
institutos nacionais de metrologia (INM), havendo em seguida os padres de
referncia de laboratrios de calibrao e ensaios, at os padres de trabalho para,
assim, chegar s medies realizadas por usurios finais. Desta forma, para
assegurar que as medies realizadas em um pas tenham rastreabilidade ao
Sistema Internacional de Unidades (SI) mantido pelo BIPM, necessrio que o
INM de cada pas implante e mantenha a cadeia de rastreabilidade dos padres
para cada uma das unidades de medida.
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
39
Figura 10- Estrutura da rastreabilidade metrolgica com a disposio dos organismos participantes
da cadeia de rastreabilidade metrolgica e disseminao das unidades do SI.
Nas sees 3.1 e 3.2 so apresentados, respectivamente, os organismos
nacionais e internacionais que estruturam os requisitos e a infraestrutura para
garantia da confiabilidade metrolgica, em particular para grandezas magnticas.
No item 3.3 apresentado o conjunto de pases que possuem infraestrutura para
rastreabilidade de grandezas magnticas e no item 3.4 esto indicadas as
iniciativas nacionais para desenvolvimento de infraestrutura com potencial para
compor a rede de rastreabilidade a grandezas magnticas no pas.
3.1. Organismos Internacionais
Considerando o foco do presente trabalho, voltado s grandezas magnticas,
no mbito internacional, os organismos mais relevantes para a garantia da
confiabilidade metrolgica so apresentados a seguir.
3.1.1. BIPM (Bureau International des Poids et Mesures)
No mbito mundial, a metrologia cientfica coordenada pelo
Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), situado prximo a Paris,
Frana, no Pavilho de Breteuil, Svres. O rgo foi criado em 1877 pela
Conveno do Metro (1875), como uma organizao intergovernamental sob a
autoridade da Conferncia Geral de Pesos e Medidas (CGPM) e a superviso do
Comit Internacional de Pesos e Medidas (CIPM). O BIPM atua na busca de
padres de medio internacionais cada vez mais precisos e na demonstrao da
equivalncia entre os padres de medio nacionais. O BIPM coordena a base
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
40
para um sistema nico e coerente de medidas em todo o mundo, rastrevel ao
sistema internacional de unidades (SI). Esta tarefa assume vrias formas, desde a
divulgao direta de unidades at a realizao de comparaes internacionais de
padres nacionais de medio (BIPM, 2013).
A Conveno do Metro, assinada em 1875 por representantes de 17 naes e
ligeiramente modificada em 1921, continua a ser a base do acordo internacional
sobre as unidades de medida. Alm de fundar o BIPM, a Conveno estabeleceu a
forma de gesto das atividades do BIPM, em uma estrutura organizacional
permanente formada por Estados-Membros, para agir em comum acordo em todas
as questes relativas s unidades de medida.
Conferncia Geral de Pesos e Medidas (CGPM)
A Conferncia Geral de Pesos e Medidas (CGPM; em ingls: General
Conference on Weights and Measures; em francs: Confrence Gnrale des
Poids et Mesures) constituda por representantes dos governos dos observadores
e
Estados-Membros associados CGPM, havendo atualmente, aps a recente
adeso da Repblica da Colmbia em 06 de fevereiro de 2013, 55 Estados-
Membros e 37 Estados-Associados CGPM, dentre os quais incluem-se todos os
principais pases industrializados.
A CGPM possui a atribuio fundamental de supervisionar o SI,
desenvolver, dinamizar e difundir a padronizao das unidades, com a
colaborao de todos os pases membros, inclusive do Brasil. Rene-se a cada
quatro anos. Esta conferncia geral recebe os relatrios do Comit Internacional
de Pesos e Medidas (CIPM), examina e discute os acordos para assegurar a
melhoria e propagao do Sistema Internacional de Medidas (SI); endossa
resultados de novas determinaes metrolgicas fundamentais e vrias resolues
de carter cientfico internacional; e delibera sobre decises concernentes
organizao e desenvolvimento do BIPM, assim como o oramento para o
prximo perodo de quatro anos. Esta conferncia ocorre em Paris, sendo a 24
reunio a ltima realizada, em 21 de outubro de 2011, antecedida pelas resolues
adotadas na 23 reunio da CGPM (2007) e na 22reunio da CGPM (2003).
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
41
Comit Internacional de Pesos e Medidas (CIPM)
O Comit Internacional de Pesos e Medidas (CIPM; em ingls International
Committee for Weightsand Measures, em francs Comit International des Poids
et Mesures) o rgo que recomenda e, em grande parte, orienta o rumo das
pesquisas em metrologia, em nvel mundial, em conformidade com o Sistema SI.
Rene-se anualmente e zela pela Conveno do Metro e pelo desempenho do
BIPM, sendo composto por dezoito representantes de Estados-Membros da
Conveno do Metro.
A funo principal da CIPM promover a uniformidade mundial das
unidades de medida por ao direta ou submetendo propostas Conferncia
Geral de Pesos e Medidas (CGPM). Outras atribuies do CIPM consistem em:
discutir o trabalho do BIPM sob a autoridade delegada pela CGPM;
publicar um relatrio anual sobre a posio financeira e administrativa do
BIPM para os governos dos Estados-Membros da Conveno do Metro;
discutir trabalhos realizados em comum pelos Estados-Membros e estabelecer
diretrizes e coordenar atividades entre especialistas em metrologia;
estabelecer recomendaes apropriadas.
Alm dos encargos descritos, a CIPM discute os relatrios apresentados por
seus 10 Comits Consultivos (CC) listados a seguir, trabalhando em cooperao
com muitos organismos internacionais da metrologia, como mostrado na
Figura 11, em uma estrutura hierrquica de rgos componentes da Conveno:
CCAUV: Consultative Committee for Acoustics, Ultrasound and Vibration;
CCEM: Consultative Committee for Electricity and Magnetism;
CCL: Consultative Committee for Length;
CCM: Consultative Committee for Mass and Related Quantities;
CCPR: Consultative Committee for Photometry and Radiometry;
CCQM: Consultative Committee for Amount of Substance - Metrology in
Chemistry;
CCRI: Consultative Committee for Ionizing Radiation;
CCT: Consultative Committee for Thermometry;
CCTF: Consultative Committee for Time and Frequency;
CCU: Consultative Committee for Units.
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
42
O CCEM o comit consultivo relacionado s grandezas magnticas. Foi
criado em 1927 como "Consultative Committee for Electricity (CCE)", e alterado
para "Consultative Committee for Electricity and Magnetism (CCEM)" pela CIPM
de 1997. Em 2009 o Brasil iniciou sua participao no comit.
O CCEM formado por 22 Estados-Membros, incluindo o Brasil, e por
membros observadores. organizado nos seguintes grupos de trabalho ("Working
Groups"): CCEM Working Group on Radiofrequency Quantities (GT-RF), CCEM
Working Group on Electrical Methods to Monitor the Stability of the Kilogram
(WGKG), CCEM Working Group on Low-Frequency Quantities (WGLF), CCEM
Working Group on Proposed Modifications to the SI (WGSI), CCEM Working
Group on Strategic Planning (WGSP), CCEM Working Group for RMO
Coordination (CCEM-WGRMO). Atualmente o Brasil integra os grupos de
trabalho WGLF e CCEM-WGRMO, presidindo o ltimo.
Dentre as publicaes deste comit (CCEM), encontram-se atualmente
disponveis, para livre consulta, relatrios de encontros (Comit Consultatif
d'lectricit et Magntisme, 27th meeting (2011), 60 pp. , ou Comit Consultatif
d'lectricit et Magntisme, 26th meeting (2009), 62 pp.); guias de acordos
internacionais (Electricity and Magnetism Supplementary Guide to the JCRB
Instructions for Appendix C of MRA, 2011, 19 pp., e CCEM Guidelines for
Planning, Organizing, Conductingand Reporting Key, Supplementary and Pilot
Comparisons, 2007, 30 pp.);alm de estudos cientficos sobre grandezas, unidades
e seus desdobramentos, sendo os mais relevantes para esta dissertao:
"CCEM/11-19 Physiological effects of magnetic fields, B. Ittermann, 23/03/2011"
e "Big Problems in Electromagnetics, CCEM strategic planning document, 2011,
18 pp. . Nestas publicaes observa-se grande nmero de trabalhos relacionados
realizao do tesla, unidade da grandeza densidade de fluxo magntico.
O esquema apresentado na Figura 11 esclarece a disposio hierrquica dos
organismos aos quais o BIPM est relacionado no mbito da organizao
internacional da Metrologia.
http://www.bipm.org/cc/CCEM/Allowed/27/CCEM-11-19%5bphys-effects-magnetic-fields%5d.pdfDBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
43
Figura 11- Esquema da Organizao Internacional da Metrologia.
Comits Conjuntos do BIPM
Alguns comits conjuntos do BIPM com outras organizaes internacionais
foram criados para tarefas especficas de interesse comum. Tais comits conjuntos
so listados a seguir:
JCGM: Joint Committee for Guides in Metrology;
JCRB: Joint Committee of the Regional Metrology Organizations and the
BIPM;
JCTLM: Joint Committee for Traceability in Laboratory Medicine;
DCMAS Network: Network on Metrology, Accreditation and Standardization
for Developing Countries;
RMO_DEVMET workspace: Inter-RMO Working Group in Support of Small,
Emerging and Developing NMIs;
Em especial, vale destacar o comit conjunto para guias em metrologia
(JCGM), que responsvel pela elaborao do Guia para a Expresso da
Incerteza de Medio (ISOGUM) e do Vocabulrio Internacional de Termos
Fundamentais e Gerais de Metrologia (VIM). Foi criado em 1997, sendo
presidido pelo BIPM e composto por mais sete Organizaes Internacionais:
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
44
International Electrotechnical Commission (IEC), International Federation of
Clinical Chemistry and Laboratory Medicine (IFCC), International Organization
for Standardization (ISO), International Union for Pure and Applied Chemistry
(IUPAC), International Union for Pure and Applied Physics (IUPAP),
International Organization of Legal Metrology (OIML) e, a partir de 2005,
International Laboratory Accreditation Cooperation (ILAC).
Acordos de Reconhecimento Mtuo
A busca de harmonizao dos sistemas de metrologia, normalizao e
avaliao da conformidade com as peculiaridades de cada modelo de organizao
dessas atividades culminou em um encontro realizado em Paris, em 14 de outubro
de 1999, entre os diretores de Institutos Nacionais de Metrologia de 38 Estados-
Membros da Conveno do Metro e representantes de 2 organizaes
internacionais, que assinaram o CIPM MRA: Comit Internacional de Pesos e
Medidas - Acordo de Reconhecimento Mtuo (Mutual Recognition Arrangement).
Este foi um acordo histrico para estabelecer regras destinadas a uma ampla
aceitao dos padres nacionais de medio e certificados emitidos pelos
respectivos Institutos Nacionais de Metrologia.
O Acordo de Reconhecimento Mtuo procura atender necessidade de um
esquema aberto, transparente e abrangente que torne disponvel aos usurios uma
informao quantitativa confivel para comparao de servios nacionais de
metrologia, fornecendo bases tcnicas para acordos negociados mais amplos
destinados ao comrcio internacional e assuntos regulatrios.
At maio de 2013, o CIPM MRA foi assinado por representantes de 91
institutos (51 Estados-Membros, 26 associados da CGPM e 4 organismos
internacionais) e abrange mais 146 institutos designados pelas entidades
signatrias (BIPM, 2013).
Organismos Participantes do CIPM MRA
Em 23 de Janeiro de 2006, por meio de um documento chamado "Tripartite
Statement", os organismos BIPM, OIML e ILAC, em uma poltica conjunta de
rastreabilidade metrolgica ao SI, declararam a relevncia de diversos acordos
internacionais sobre metrologia. Em 09 de novembro de 2011, uma nova
declarao conjunta foi emitida, denominada "Joint BIPM, OIML, ILAC and ISO
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
45
Declaration on Metrological Traceability ", na qual se reconhece a importncia da
rastreabilidade metrolgica ao SI dos resultados de medio para as misses
centrais desses quatro organismos, reconhecidos internacionalmente, responsveis
pela metrologia, acreditao e normalizao em nvel mundial.
Pontos Essenciais dos Acordos CIPM MRA (Objetivos):
Estabelecer o grau de equivalncia entre os padres nacionais mantidos pelos
INM;
Prover reconhecimento mtuo dos certificados de calibrao e medies; e
Fornecer fundamentao tcnica segura aos governos e outras partes visando
acordos relacionados ao comrcio internacional e regulamentao.
J em 1998, antes da assinatura do CIPM-MRA, foi estabelecido o comit
conjunto JCRB (Joint Committee of the Regional Metrology Organizations and
the BIPM). O comit apoia a implementao do CIPM MRA relativamente aos
certificados de medio emitidos pelos INM e seus padres nacionais de medio.
Definidas desde sua primeira reunio, as principais atividades do JCRB so:
A coordenao e gerenciamento de revises da Capacidade de Calibrao e
Medio CMCs dos INM;
O desenvolvimento de polticas e linhas de atuao da operao do CIPM
MRA para prestar assistncia s RMO e ao CIPM.
O principal produto do MRA a base de dados KCDB (Key Comparison
Data Base) mantida pelo BIPM e usada como referncia-chave para
intercomparaes laboratoriais (Figura 12). O acesso aos dados da base KCDB
est disponvel no stio do BIPM. Na base de dados do CIPM MRA se encontram
quatro anexos (A, B, C e D), contendo as seguintes informaes (BIPM-
KCDB,2013):
anexo A Lista dos signatrios do MRA;
anexo B Comparaes Chaves e suplementares do CIPM e RMO
(Resultados);
anexo C Capacidade de Calibrao e Medio CMCs (CMC - Calibration
and Measurement Capability);
anexo D Lista de comparaes-chave e suplementares.
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
46
Figura 12 - Esquema de realizao das comparaes-chave.
Fonte: BIPM, http://www.bipm.org/en/cipm-mra/key_comparisons/organization.html, acessado em 21/jan/2013.
As organizaes regionais de Metrologia (RMO) desempenham um papel
importante no CIPM MRA. Elas tm a responsabilidade de coordenar a realizao
das comparaes chaves dentro das suas regies, realizar comparaes
suplementares e outras aes para apoiar a confiana mtua na validade de
certificados de calibrao e de medio de seus institutos membros (NMIs) e so
responsveis pela coordenao, atravs da JCRB, das entradas para o Apndice C
do MRA de capacidades de medio e calibrao de seus NMIs-membros.
A rastreabilidade metrolgica um dos elementos que estabelecem
confiana na equivalncia das medies em nvel internacional. Segundo a
declarao conjunta assinada em 2011 pelo BIPM, OIML, ILAC e ISO (Joint
BIPM, OIML, ILAC and ISO declaration on metrological traceability), os
princpios que devem ser adotados para demonstrar rastreabilidade metrolgica,
objetivando a aceitabilidade internacional, so:
As calibraes devem ser executadas em Institutos Nacionais de Metrologia
signatrios do MRACIPM,com CMCs publicadas em reas relevantes da
base de dados KCDB ou em laboratrios acreditados por Organismos de
Acreditao que so signatrios do acordo de reconhecimento mtuo do
ILAC;
A expresso da incerteza de medio deve seguir os princpios estabelecidos
no Guia para a Expresso da Incerteza de Medio (ISOGUM);
Os resultados das medies efetuadas em laboratrios acreditados devem ser
rastreveis para o Sistema Internacional de Unidades - SI;
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
47
Institutos Nacionais de Metrologia que proporcionem rastreabilidade aos
laboratrios acreditados devem ser signatrios do CIPM MRA e com CMCs
publicadas em reas relevantes da base de dados KCDB; e
Dentro da MAA da OIML, a acreditao deve ser fornecida por rgos
signatrios do acordo da ILAC e devem ser seguidas as condies acima sobre
rastreabilidade para SI.
3.1.2. OIML (International Organization of Legal Metrology)
A Organizao Internacional de Metrologia Legal (OIML) uma
organizao intergovernamental cujos membros incluem Estados Membros
pases que participam ativamente das atividades tcnicas e Estados
Correspondentes pases que se unem OIML como observadores.
A OIML foi estabelecida em 1955 objetivando promover a harmonizao
mundial dos procedimentos referentes metrologia legal. Desde ento, a OIML
desenvolveu uma estrutura tcnica global capaz de prover a seus membros
recomendaes metrolgicas para a elaborao dos requisitos nacionais e
regionais referentes fabricao e utilizao de instrumentos de medio,
destinados a aplicaes relacionadas metrologia legal. De acordo com dados do
Banco Mundial (2007), os membros da OIML abrangem cerca de 88% da
populao mundial e aproximadamente 98,5% da economia global(OIML, 2013).
Para a elaborao das recomendaes metrolgicas, a OIML procura
estabelecer acordos de cooperao com a ISO (International Standardization
Organization) e o IEC (International Electrotechnical Commission), buscando-se
evitar requisitos contraditrios (OIML, 2013).
3.1.3. ILAC (International Laboratory Accreditation Cooperation)
A ILAC (International Laboratory Accreditation Cooperation) comeou
como uma conferncia em 1977 com o objetivo de desenvolver a cooperao
internacional para facilitar o comrcio, por meio da promoo da aceitao dos
resultados de ensaio e calibrao acreditados, ou seja, ajudar a remover barreiras
tcnicas ao comrcio. Em 1996, o ILAC tornou-se uma cooperao formal para
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
48
estabelecer uma rede de acordos de reconhecimento mtuo entre organismos de
acreditao que iriam cumprir este objetivo (ILAC, 2013).
A acreditao consiste na avaliao independente de organismos de
avaliao da conformidade com padres reconhecidos para realizar atividades
especficas para garantir sua imparcialidade e competncia. Por meio da aplicao
de normas nacionais e internacionais, governo, compradores e consumidores
podem ter confiana na calibrao e resultados de ensaios, relatrios de inspees
e certificaes fornecidas. Os organismos de acreditao so estabelecidos em
muitos pases com o objetivo principal de assegurar que os organismos de
avaliao da conformidade estejam sujeitos fiscalizao por rgo oficial
(ILAC, 2013).
Em 2 de novembro de 2000, 36 organismos de acreditao de laboratrios,
membros da ILAC, pertencentes a 28 economias em todo o mundo, assinaram um
acordo em Washington, com o objetivo de promover a aceitao dos resultados de
ensaios e de calibrao para mercadorias exportadas, oferecendo significativa base
tcnica ao comrcio internacional. A assinatura do Acordo de Reconhecimento
Mtuo para acreditao de Laboratrios entre o Inmetro e a ILAC aconteceu no
ano de 2000. Em 2012, a rede j consistia em 135 organismos, representando 88
economias diferentes, com mais de 35 mil laboratrios em todo mundo e 6000
organismos de inspeo, todos acreditados (ILAC, 2013).
O acordo entrou em vigor em 31 de janeiro de 2001 e foi ampliado em
outubro de 2012 para incluir a acreditao de organismos de inspeo. A chave do
Acordo de Reconhecimento Mtuo da ILAC a rede global de laboratrios de
ensaio e calibrao acreditados e organismos de controle que so avaliados e
reconhecidos como competentes por organismos de acreditao signatrios do
acordo ILAC. Os signatrios, por sua vez, so avaliados e demonstram
atendimento aos critrios estabelecidos pela ILAC, possibilitando o
desenvolvimento e melhoria das relaes comerciais internacionais. O objetivo
final o aumento da utilizao e aceitao pela indstria, bem como pelo governo,
dos resultados de laboratrios acreditados e de organismos de inspeo, incluindo
resultados de instalaes em outros pases.
A ILAC possui uma extensa lista de publicaes atualizadas (set/2012) e
organizadas em: "Brochures; Guidance Documents (G Series); Procedural
Documents (P Series); Rules Documents (R Series); Joint ILAC / IAF Documents
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
49
(A Series)", segundo website(ILAC,2013), dos quais destaca-se dentre as 13
Brochuras "The Advantages of Being An Accredited Laboratory"; dentre os guias
(G Series) destacam-se o G17:2002, que trata da incerteza de medio em ensaios,
e os mais recentes "G21:09/2012 Cross Frontier Accreditation - Principles for
Cooperation , ILAC-G25:01/2012 Accreditation of Proficiency Testing Providers
to ISO/IEC17043:2010-A crosswalkto ILAC G13:2007, ILAC-G26:07/2012
Guidance for the Implementation of a Medical Laboratory Accreditation System".
Entre os 10 Procedimentos (P Series) publicados, os mais recentes so
"P10:01/2013 ILAC Policy on Traceability of Measurement Results" e
"P14:01/2013 ILAC Policy for Uncertainty in Calibration", ambos comentados a
seguir; os demais podero ser consultados no website do ILAC, no link
https://www.ilac.org/ilac_documents.html.
Dentre as publicaes da ILAC, a seguir so destacados alguns exemplos
que abordam critrios para avaliaes (ILAC, 2013):
ILAC G17:2002- Introduz o conceito de incerteza de medio em testes em
associao com a exigncia de aplicao da norma ISO/IEC 17025.
ILAC-P10:01/2013- Rastreabilidade dos Resultados de Medio: fornece uma
poltica de rastreabilidade dos resultados de medio que se destina a ser
implementado pelos membros da ILAC.
ILAC P14:01/2013- Poltica de incerteza na calibrao: estabelece os
requisitos e diretrizes para a estimativa e declarao de incerteza na calibrao
e medio.
O Comit Internacional de Pesos e Medidas (CIPM) e a Cooperao
internacional de Acreditao de Laboratrios (ILAC), reconhecendo a necessidade
de reforar os laos entre a acreditao e a metrologia e cooperar e coordenar suas
aes em relao s suas tarefas relacionadas com a infraestrutura de medio
nacional e internacional, assinaram um Memorando de Entendimento (MoU
Memorandum of Understanding) em 3 de novembro de 2001, reafirmado em
2012, assim como o Acordo sobre a definio de calibrao e capacidade de
medio (CMCs), resultando na publicao de um livro pelo grupo de trabalho
conjunto CIPM/ILAC (2007).
https://www.ilac.org/Brochuredownloads.htmlDBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
50
3.1.4. WHO (World Health Organization)
A Organizao Mundial da Sade OMS foi fundada em 7 de abril de 1948
pela Organizao das Naes Unidas (ONU), com sede em Genebra, Sua.
Segundo o Ministrio das Relaes Exteriores do Brasil, foram os delegados
brasileiros que propuseram o estabelecimento de um "organismo internacional de
sade pblica". Segundo sua constituio, a OMS tem por objetivo promover a
sade de todos os povos, com a responsabilidade de estabelecer normas e
orientaes, articular polticas baseadas em evidncia, prestar apoio tcnico aos
pases, acompanhar e avaliar tendncias no setor da sade (WHO, 2013).
A OMS composta por 193 Estados-membros, nos quais se incluem todos
os Estados Membros da ONU, exceto Liechtenstein, e dois no-membros da
ONU, Niue e as Ilhas Cook.
A OMS financiada por contribuies dos Estados-membros e de vrios
doadores. Nos ltimos anos, o trabalho da OMS tem crescido bastante tambm
com a colaborao de entidades externas; e tambm, existem atualmente cerca de
80 parcerias com organizaes no-governamentais e indstrias farmacuticas,
bem como com fundaes como a Fundao Bill e Melinda Gates e a Fundao
Rockefeller (as contribuies voluntrias para a OMS por governos locais e
nacionais, fundaes e ONGs, outras organizaes da ONU e o prprio setor
privado excedem atualmente as contribuies dos Estados-membros).
Dentre as publicaes genricas da OMS destacam-se: Boletim da
Organizao Mundial da Sade, Eastern Mediterranean Health Journal, Recursos
Humanos para a Sade, Pan American Journal of Public Health, World Health
Report.
Em particular, com relao s grandezas magnticas, a OMS possui vrias
iniciativas, dentre as quais a implementao do projeto EMF internacional,
destinado avaliao de evidncias cientficas relacionadas aos possveis efeitos
na sade causados por campos eletromagnticos na faixa de frequncias de 0 a
300 GHz; e publicaes envolvendo campos magnticos estticos, como
Electromagnetic fields and public health; Static electric and magnetic fields.
Factsheet N299. March 2006.
http://www.mre.gov.br/cdbrasil/itamaraty/web/port/relext/mre/nacun/agespec/oms/index.htmhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Funda%C3%A7%C3%A3o_Bill_e_Melinda_Gateshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Funda%C3%A7%C3%A3o_Rockefellerhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Funda%C3%A7%C3%A3o_RockefellerDBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
51
3.1.5. ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection)
A ICNIRP a Comisso Internacional de Proteo contra Radiao No-
Ionizante, que visa divulgar informaes e conselhos sobre os potenciais perigos
para a sade humana ocasionados pela exposio radiao no-ionizante.
Consiste em um corpo cientfico de peritos independentes, voluntrios,
compostos por uma comisso principal de 14 membros e seus grupos de trabalho.
At outubro de 2012, havia quatro comits cientficos permanentes abrangendo
epidemiologia, biologia, dosimetria e radiao ptica, alm de um nmero de
especialistas em consultoria. A estrutura agora est sendo redesenhada para
abranger novas reas. Membros do ICNIRP so peritos que, na realizao de seu
trabalho voluntrio para a Comisso, no representam seus pases de origem ou
seus institutos.
O escopo do ICNIRP abrange todas as radiaes no-ionizantes, incluindo
as radiaes pticas (ultravioleta, visvel e infravermelha - e lasers), radiaes
eltricas estticas e variveis no tempo e campos magnticos, radiao de
radiofrequncia (incluindo microondas) e ultrassom. Muitas das informaes que
fornece so publicadas sob a forma de relatrios e avaliaes cientficas e no
processo de reunies cientficas. Os resultados dessas reavaliaes, combinados
com avaliaes de risco realizadas em colaborao com a Organizao Mundial
de Sade, resultam na publicao das diretrizes da ICNIRP. So exemplos destas
as diretrizes para limitao de exposio a campos eletromagnticos, radiao
laser, radiao ultravioleta, a radiaes pticas incoerentes e ultrassom.
A ICNIRP trabalha em estreita colaborao com muitos organismos de
proteo da sade relacionados com agncias nacionais e internacionais,
incluindo, por exemplo, OMS, OIT - Organizao Internacional do Trabalho,
ICOH (International Commission for Occupational Health), IRPA (International
Radiation Protection Association) e EUROSKIN (European Society for Skin
Cancer Prevention) (ICNIRP, 1998).
Colabora com a OMS por meio de dois principais programas de sade:
International EMF Project e o INTERSUN Project. Tambm colabora com o ILO
(International Labour Office) sobre questes relativas proteo ocupacional de
radiao no-ionizante.
DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 1113697/CA
-
52
A ICNIRP oficialmente reconhecida pela OMS e a ILO como o rgo
consultivo internacional independente para a proteo de radiao no-ionizante.
A ICNIRP tambm colabora com a Comunidade Europeia - EC, principalmente
DG EMPL (Employment), SANCO (Health), a Comisso Internacional de
iluminao - CIE, a Comisso Internacional de higiene ocupacional - ICOH, a
Associao Europeia de Bioeletromagnetismo - EBEA (ICNIRP, 1998).
A seguir so apresentadas algumas das publicaes da ICNIRP pertinentes
ao tema do presente trabalho:
Guidelines for Limiting Exposure to Time-Varying Electric and Magnetic
Fields (1 Hz - 100 kHz).Health Physics99(6):818-836; 2010.
Guidelines for Limiting Exposure to Time-Varying Electric, Magnetic, and
Electromagnetic Fields (up to 300 GHz).Health Physics 74 (4): 494-522;
1998.
Statement on Health Issues Associated with Millimeter Wave Whole Body
Imaging Technology. Health Physics102(1):81-82; 2012.
Note on the Interphone Study. Published at www.icnirp.org; 2011.
Mobile Phones, Brain Tumours and the Interphone Study: Where Are We
Now? Environ Health Perspect 119(11): 1534-1538; 2011.
Guidelines on Static Fields - Guidelines on Limits of Exposure to Static
Magnetic Fields. Health Physics 96(4):504-514; 2009.
Fact Sheet on Static Fields - 2009
Statement on MR and patients - Amendment to the ICNIRP "Statement on
Medical Magnetic Resonance (MR) Procedures: Protection of Patients".
Health Physics 97(3):259-261; 2009.
3.1.6. ISO (International Organization