metrologia - curso de inspetor de equipamentos

Inspetores de Equipamento

METROLOGIA

Eng. Márcio Cristiano de Oliveira

Inspetor de Equipamentos - METROLOGIA

2

ÍNDICE

CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO ....................................................................................... 3

CAPÍTULO 2. METROLOGIA ....................................................................................... 4

2.1 Implantação .......................................................................................................... 4

2.2 Categorias de Metrologia .................................................................................. 5

2.3 O papel da metrologia na organização ........................................................... 5

2.4 Medição ................................................................................................................. 5

2.5 Metrologia nos END............................................................................................ 7

CAPÍTULO 3. TERMINOLOGIA ................................................................................... 9

CAPÍTULO 4. CALIBRAÇÃO ..................................................................................... 11

4.1 O que é Calibrar um equipamento? .............................................................. 11

4.2 Por que calibrar? .............................................................................................. 12

4.3 Plano de Calibração ......................................................................................... 13

CAPÍTULO 5. RASTREABILIDADE DAS MEDIÇÕES ............................................ 14

5.1 Padrão de Medição (Padrão de referência) ................................................. 14

5.2 Rastreabilidade ................................................................................................. 14

CAPÍTULO 6. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI) .......................... 17

6.1 Importância ........................................................................................................ 17

6.2 Unidades ............................................................................................................. 17

6.2.1 Unidades de Base ...................................................................................... 17

6.2.2 Unidades Derivadas .................................................................................. 18

6.2.3 Unidades fora do SI ................................................................................... 18

6.2.4 Múltiplos e Submúltiplos ......................................................................... 19

6.3 Regras para utilização dos símbolos do SI ................................................. 19

6.3.1 Algarismos significativos ........................................................................ 20

6.3.2 Arredondamento e aproximações .......................................................... 21

CAPÍTULO 7. ERROS DE MEDIÇÃO ........................................................................ 23

7.1 Erro grosseiro.................................................................................................... 23

7.2 Erro Sistemático ............................................................................................... 23

7.3 Erro Aleatório .................................................................................................... 24

7.4 Fator de correção.............................................................................................. 25

CAPÍTULO 8. PRECISÃO E EXATIDÃO ................................................................... 26

CAPÍTULO 9. RESULTADO DA MEDIÇÃO.............................................................. 28

CAPÍTULO 10. INCERTEZA DE MEDIÇÃO.............................................................. 30

CAPÍTULO 11. CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO ............................................................ 31

CAPÍTULO 12. COMO ANALISAR DE UM CERTIFICADO DE CALIBRAÇÃO .. 33

CAPÍTULO 13. CONFIABILIDADE ............................................................................ 36

CAPÍTULO 14. ONDE CALIBRAR?........................................................................... 37

BIBLIOGRAFIA............................................................................................................. 38

FOLHA DE EXERCÍCIOS ............................................................................................ 39

Revisão: Junho / 2010


3

CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO

A calibração de equipamentos e sistemas utilizados em medições são condições necessárias e exigidas tanto por normas nacionais quanto internacionais. Todas elas, sem exceção, requerem a existência de um sistema para organizar e controlar a calibração periódica dos meios de medição e ensaios e para assegurar a manutenção da confiabilidade de medições realizadas pelos equipamentos. Avaliar e tratar os resultados e desvios de medições é praxe essencial para a confiabilidade dos processos. A área de ensaios não destrutivos não foge a estas regras. A área de ensaios não destrutivos no Brasil é considerada uma das mais desenvolvidas, com um elevado nível de utilização das técnicas de END, aplicadas através de procedimentos cuidadosamente validados e um enorme contingente de técnicos treinados, qualificados e certificados segundo padrões internacionais. Os END são aqui aplicados não somente para avaliar a integridade de materiais, equipamentos e produtos, mas também como ferramenta de primeira grandeza para apoiar a análise e a avaliação de riscos na operação de instalações industriais. Paradoxalmente, a aplicação dos princípios da metrologia no tratamento de resultados de ensaios e de processos de calibração de instrumentos e equipamentos na área de END, em nosso país, ainda está longe de ser considerada como uma praxe institucionalizada. Quais seriam os fatores que contribuem para esta situação? Custos? Falta de visão sobre a necessidade e benefícios da aplicação destas metodologias aos END? Inexistência de treinamentos em conceitos e práticas de metrologia proporcionada aos técnicos de END? Ausência de uma normalização específica e orientativa? Esta apostila trás uma visão geral do que é a Metrologia e a sua importância nos dias de hoje, principalmente na área dos Ensaios não destrutivos.


4

CAPÍTULO 2. METROLOGIA

Metrologia, palavra de origem grega (metron, medida; logos, tratado), é a ciência dos pesos e medidas ou, se quiser, a ciência da instrumentação e das medidas com ela realizadas. Atualmente, porém, esta designação está mais intimamente ligada ao domínio das medidas de alta exatidão. O objetivo central da Metrologia é a determinação do valor numérico de uma grandeza mensurável através da execução de um conjunto de operações, medida ou medição, utilizando dispositivos apropriados, aparelhos ou instrumentos de medida ou de medição. O conceito de grandeza mensurável é aplicável a todo e qualquer atributo de um fenômeno, corpo ou substância susceptível de ser caracterizado qualitativa e quantitativamente. Embora a medida de algumas grandezas físicas elementares tenha sido iniciada há milhares de anos, pode-se dizer que só no século XVI com os trabalhos do polaco Nicolau Copérnico (1473-1543) e especialmente do dinamarquês Tycho Brahe (1546-1601), nasce a ciência e a medida como tal.

A Metrologia é a ciência das medições, abrangendo todos os aspectos teóricos e práticos

que asseguram a precisão exigida no processo produtivo, procurando garantir a qualidade de produtos e serviços através da calibração de instrumentos de medição, sejam eles

analógicos ou eletrônicos (digitais), e da realização de ensaios, sendo a base fundamental para a competitividade das empresas. Metrologia também diz respeito ao conhecimento dos

pesos e medidas e dos sistemas de unidades de todos os povos, antigos e modernos.

A metrologia passou a fazer parte do nosso dia-a-dia. Os nossos consumos diários, água, eletricidade, telefone são medidos e pagamos pelos resultados das medições. Os radares nas ruas, os exames de sangue, a temperatura controlada de um ar-condicionado, entre outras grandezas. Na indústria a medição é utilizada para controlar os seus processos, suas matérias-primas e seus produtos finais, garantindo a qualidade e garantia de seus negócios. Atualmente, o conhecimento de metrologia é essencial para quaisquer profissionais do ramo das ciências e indústrias onde, muitas vezes, a qualidade de resultados de pesquisas ou resultado da qualidade de um produto é atestado de processo de medição. 2.1 Implantação O motivo pela implantação da metrologia A ISO série 9000 define explicitamente a relação entre garantia da qualidade e metrologia, estabelecendo diretrizes para se manter um controle sobre os instrumentos de medição da empresa, tornando assim necessária, a implantação de um processo metrológico na empresa que busca ou possui uma certificação. O fator “globalização dos mercados” também põe em prática um de seus principais objetivos, que é traduzir a confiabilidade nos sistemas de medição e garantir que especificações técnicas, regulamentos e normas existentes, proporcionem as mesmas

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ci%C3%AAncia

http://pt.wikipedia.org/wiki/Aspecto

http://pt.wikipedia.org/wiki/Te%C3%B3rico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A1tico

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Processo_produtivo&action=edit&redlink=1

http://pt.wikipedia.org/wiki/Qualidade

http://pt.wikipedia.org/wiki/Produto

http://pt.wikipedia.org/wiki/Calibra%C3%A7%C3%A3o

http://pt.wikipedia.org/wiki/Instrumentos_de_medi%C3%A7%C3%A3o


5

condições de perfeita aceitabilidade na montagem e encaixe de partes de produtos finais, independente de onde sejam produzidas. Um outro objetivo, não menos importante, está na melhoria do nível de vida das populações por meio do consumo de produtos com qualidade, da preservação da segurança, da saúde e do meio ambiente. 2.2 Categorias de Metrologia

Basicamente, a metrologia é dividida em 3 grandes áreas: - Metrologia científica: que utiliza instrumentos laboratoriais, pesquisas e metodologias científicas, que tem por base padrões de medição nacionais e internacionais, para o alcance de altos níveis de qualidade metrológica. - Metrologia Industrial: cujos sistemas de medição controlam processos produtivos industriais e são responsáveis pela garantia da qualidade dos produtos acabados. - Metrologia Legal: está relacionada a sistemas de medição usados em relações comerciais, nas áreas de saúde, segurança e meio ambiente. Tem como objetivo principal proteger o consumidor tratando das unidades de medida, métodos e instrumentos de medição, de acordo com as exigências técnicas e legais obrigatórias. 2.3 O papel da metrologia na organização A metrologia garante a qualidade do produto final favorecendo as negociações pela confiança do cliente, sendo um diferenciador tecnológico e comercial para as empresas. Reduz o consumo e o desperdício de matéria-prima pela calibração de componentes e equipamentos, aumentando a produtividade. E ainda reduz a possibilidade de rejeição do produto, resguardando os princípios éticos e morais da empresa no atendimento das necessidades da sociedade em que está inserida, evitando desgastes que podem comprometer sua imagem no mercado. Atualmente é possível produzir peças e/ou acessórios em diferentes partes do mundo e estas peças se encaixarem perfeitamente. Por exemplo, uma lâmpada pode ser fabricada na Alemanha, enviada para montagem num farol na França que pode ser montado num carro Brasileiro. 2.4 Medição

Durante toda a nossa vida realizamos medições. Medir é uma necessidade humana, na modernidade é cada vez mais importante obter medições confiáveis. Entende-se por medição um conjunto de operações que tem por objetivo atribuir um valor (número) a um determinado fenômeno. Por exemplo, avaliar a velocidade de um carro, conhecer o número de defeitos de uma linha de produção, etc. Do ponto de vista técnico, quando uma medição é realizada, espera-se que ela seja:


6

exata, isto é, mais próxima do valor verdadeiro (valor de referência); Valor de referência Valor medido

Obs. Quanto mais exata for a medida, significa que ela está mais próxima do valor de referência.

repetitiva, com pouca ou nenhuma diferença entre medições efetuadas sob as mesmas

condições; Média das medições Medidas realizadas

Valor de referência

1ª medida 2ª medida 3ª medida Média das medições

10,00 9,98 9,97 9,99 9,98

20,00 19,99 20,00 19,98 19,99

reprodutiva, com pouca ou nenhuma diferença entre medições realizadas sob condições diferentes.

Procedimento validado

Método A Método B Equipamento A Equipamento B

Técnico A Técnico B


7

Condições ambientais diferentes 2.5 Metrologia nos END

Visão tradicional do profissional da área de END

Metrologia nos END

2 vetores

Realizar o ensaio

Medir

Interpretar o

resultado

Calibrar o

instrumento

Obter o certificado

de calibração


8

Visão atual do profissional de END

A visão do profissional da área de ensaios não-destrutivos (END) para com a metrologia e calibração dos equipamentos e sistemas de ensaio mudou muito nos últimos anos. ANTES – O responsável pelos equipamentos ou sistemas de ensaio enviavam os mesmos para um laboratório de calibração e recebia-o novamente com um certificado de calibração relatando os resultados de medição da calibração com seus erros e suas incertezas de medição, “olhava” rapidamente os números e guardava-o em uma gaveta para somente retirar de lá quando um auditor solicitava-o. HOJE – O responsável envia os equipamentos e sistemas de ensaio para um laboratório de calibração e ao receber o certificado de calibração analisa os resultados da medição juntamente com seus erros e suas incertezas de medição, compara com o seu critério de aceitação definido e aprova ou reprova o instrumento ou sistema para uso. Isso acaba gerando uma confiabilidade nas medições que serão realizadas no dia-a-dia pelo profissional, minimizando os erros e melhorando os resultados finais dos ensaios.

Metrologia nos END

2 vetores

Realizar o ensaio

Tratar o resultado

da medida

Calibrar o

instrumento ou

sistema de ensaio

Obter e analisar

certificado de

calibração

Controlar o

instrumento ou

sistema de ensaio

Medir

Interpretar o

resultado da

medida


9

CAPÍTULO 3. TERMINOLOGIA

Em Metrologia, como em várias outras áreas do saber, utiliza-se terminologia própria. O significado das diferentes palavras tem vindo a ser normalizado, pelo que é de toda a conveniência conhecê-lo. Apresentam-se a seguir alguns dos termos principais da linguagem metrológica e o seu significado de acordo com o Vocabulário Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia – VIM (rev. Dez/2008): Ajuste (de um instrumento de medição) – Operação destinada a fazer com que um instrumento de medição tenha desempenho compatível com o seu uso. 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 estabelecidos por padrões. Nota: O termo “Aferição” possui o mesmo significado que “Calibração”.

Desvio – Valor medido menos o seu valor de referência. Exatidão - Grau de concordância entre um valor medido e um valor verdadeiro de um mensurando. NOTA 1: A “exatidão de medição” não é uma grandeza e não lhe é atribuído um valor numérico. Uma medição é dita mais exata quando é caracterizada por um erro de medição menor. Incerteza de medição – Parâmetro, associado ao resultado de uma medição, que caracteriza a dispersão dos valores que podem ser fundamentadamente atribuídos a um mensurando. Precisão - Grau de concordância entre indicações ou valores medidos, obtidos por medições repetidas, no mesmo objeto ou em objetos similares, sob condições especificadas. NOTA 1: A precisão de medição é geralmente expressa na forma numérica por meio de medidas de dispersão como o desvio-padrão, a variância ou o coeficiente de variação, sob condições de medição especificadas. Rastreabilidade – Propriedade do resultado de uma medição ou do valor de um padrão estar relacionado a referências estabelecidas, geralmente a padrões nacionais ou internacionais, através de uma cadeia contínua de comparações, todas tendo incertezas estabelecidas. Regulagem (de um instrumento de medição) – Ajuste, empregando somente os recursos disponíveis no instrumento para o usuário. Valor nominal – Valor arredondado ou aproximado de uma característica de um instrumento de medição que auxilia na sua utilização.


10

Valor verdadeiro convencional (de uma grandeza) – Valor atribuído a uma grandeza específica e aceito, às vezes por convenção, como tendo uma incerteza apropriada para uma dada finalidade. Verificação – atividade executada periodicamente pelo usuário para verificar se o equipamento está com desempenho satisfatório. Nota. O termo “verificação” não está contido no VIM.

Buscou-se com isso não apenas enfocar os aspectos da adequada correspondência dos termos entre as línguas estrangeiras envolvidas, mas também da própria filosofia de concepção do Vocabulário. Dessa forma mantém-se uma padronização da linguagem metrológica brasileira.


11

CAPÍTULO 4. CALIBRAÇÃO

4.1 O que é Calibrar um equipamento?

Em termos simples, calibrar um equipamento ou instrumento é comparar, em condições controladas de laboratório, os resultados das medidas apresentadas por este equipamento com os valores apresentados por padrões de elevada confiabilidade. O padrão é considerado a referência. Por condições controladas de laboratório entende-se que o executor da calibração deva utilizar:

Padrões de reconhecida idoneidade, hierárquica e metrologicamente superiores ao instrumento a calibrar;

Procedimentos próprios, com especificações e validados para o uso;

Mão de obra especificamente treinada para a atividade;

Condições ambientais conhecidas, controladas e reprodutíveis;

Um critério de freqüência ou de periodicidade para re-calibração. O termo “calibração” é objeto de uma enorme confusão na área de END originada no decorrer dos anos passados e antes do advento dos atuais sistemas de gestão da qualidade. Normas externas, produzidas até os anos 80 denominavam (e algumas ainda denominam) calibração aquela atividade corriqueira de verificar se os equipamentos utilizados nos processos de END estavam operando corretamente antes do início das operações através de verificação simplificada do desempenho operacional dos mesmos. O termo mais adequado para este caso é o de “regulagem” para o uso ou “regulagem” operacional, melhor definido como “set-up” para fins de operação dos equipamentos frente às necessidades específicas de cada END no momento da operação. A moderna nomenclatura de metrologia internacional expressa através do documento VIM - Vocabulário Internacional de Metrologia (adotado oficialmente em nosso país e publicado pelo INMETRO) esclarece amplamente esta dúvida, definindo a “calibração” como sendo uma atividade específica e periódica, diferenciada do dia a dia dos trabalhos normais, realizada em condições especiais, pré-definidas, controladas e absolutamente reprodutíveis, aplicadas com base em procedimentos escritos e previamente validados utilizando padrões específicos e pré-calibrados que não os de uso do dia-a-dia, rastreáveis a padrões da maior hierarquia nacional e de forma controlada. Admite-se o uso do termo “aferição” como similar a calibração, mas o mesmo se encontra em desuso em nosso país. Assim, executar calibrações, conforme o requisito das normas, não é regular, ajustar ou verificar simplesmente se os equipamentos de END estão operando dentro do esperado, é muito mais!

Calibração é uma política de alto nível para assegurar resultados confiáveis das medições e ensaios realizados pela empresa


12

4.2 Por que calibrar?

Calibrar é medir equipamentos e compará-los com padrões para assegurar que os mesmos são estáveis e que podem fornecer valores de medição confiáveis em qualquer condição para as quais o mesmo foi desenhado, produzido e destinado. São um fato que instrumentos e equipamentos que executam medidas e que estejam fora da tolerância (OOT – Out of Tolerance), da precisão e da exatidão planejadas para o mesmo, podem gerar falsas informações levando a produtos sem confiabilidade, insatisfação dos clientes, aumentos dos custos de garantia, re-trabalho e reposição e, principalmente, ocasionando um aumento do risco do uso do material ou do equipamento ensaiado. Freqüentemente os usuários de instrumentos não entendem os motivos pelos quais um instrumento deve ser calibrado, nem avaliam o processo que envolve uma calibração. Tudo que sabem é que “a ISO-9000 pediu e o auditor quer ver o certificado de calibração”. A qualidade da calibração também é o que menos importa. O critério é: O CERTIFICADO PELO MENOR PREÇO. Mas as empresas e seus colaboradores 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 detecção 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.

Custos de recall ou re-trabalho de um produto por uma medição suspeita ou não confiável (CORREÇÃO)

Custos de calibração (PREVENÇÃO)


13

Então, CALIBRAR NÃO É AJUSTAR PARA USO

Tomemos um caso genérico e imaginemos um manômetro estar lendo o valor de 1 pascal (Pa), ou um termômetro que está lendo 1 grau Celsius (ºC). Como saber se a pressão ou a temperatura são realmente as indicadas pelos respectivos instrumentos? A única forma é calibrando o instrumento, ou seja, assegurando através de medições e comparações bem planejadas e executadas, que o mesmo apresenta valores nos quais se pode confiar. O custo de não se atender a esta condição pode chegar a ser desastroso. É necessário um padrão exclusivo reconhecido nacionalmente e/ou internacionalmente. É necessária uma metodologia aplicada e devidamente validada, cálculos de incertezas para todas as medidas, ambiente controlado para temperatura, umidade, ruído, vibração e pressão atmosférica (se aplicável), e uma série de outros fatores que influenciam diretamente nos resultados de uma calibração.

O laboratório de calibração deve garantir:

A qualidade das suas medições;

Que seu Sistema da Qualidade é eficaz;

A rastreabilidade dos seus padrões;

Que seu pessoal é competente. A norma ABNT NBR ISO/IEC 17025 é um dos documentos que os laboratórios (inclusive) (os das indústrias) utilizam para compor seus manuais, instruções e procedimentos.

4.3 Plano de Calibração Além da calibração é necessário um “Plano de Calibração” definido pelo usuário informando a data da última e a data da próxima calibração. Cada instrumento ou sistema de medição deve ter uma ficha com o todo o seu histórico de calibração, manutenção, ajustes, etc, ou seja, de tudo que aconteceu com o instrumento. Conteúdo mínimo:

Nome do equipamento

Nome do fabricante, modelo e nr. de identificação

Analise de que o equipamento atende às especificações

Localização atual, se apropriado

Instruções importantes do fabricante

Datas, resultados e cópia de todos os certificados

Critério de aceitação

Plano de manutenção, quando apropriado

Quaisquer danos, mau funcionamento, reparos, etc.


14

CAPÍTULO 5. RASTREABILIDADE DAS MEDIÇÕES

5.1 Padrão de Medição (Padrão de referência)

Apesar de todos os cuidados, quando realizamos alguma medida poderá surgir uma dúvida; qual é o valor correto? Por exemplo, você olha no relógio da parede e vê 11hs, no mesmo instante você olha o relógio do seu pulso que está marcando 10hs, de que maneira poderemos saber qual é a hora certa? Neste instante, é necessário recorrer a um padrão de medição. Para este caso o 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. Por convenção consideramos o Observatório Nacional como sendo o valor verdadeiro convencional da hora do Brasil.

“Valor Verdadeiro Convencional: Valor atribuído a uma grandeza específica e aceito, às vezes por convenção, como tendo uma incerteza apropriada para uma finalidade”

Então sempre que quisermos saber a hora certa teremos que ligar para o Observatório??? A resposta é não! Se ajustarmos os relógios com o valor informado por eles poderemos medir as horas 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 de referência. Quando calibramos os relógios, eles foram relacionados com o Observatório Nacional, isto é, as medidas feitas têm como referência o Observatório. Este relacionamento é denominado rastreabilidade de uma medição. 5.2 Rastreabilidade

Toda unidade de medida tem uma definição (tomada como uma unidade ideal e parte do SI), uma realização (atingida geralmente por meio de experiências cujos resultados sejam os mais próximos possíveis da definição, sendo geralmente executada por um laboratório nacional) e uma representação. Quando a realização é obtida, o laboratório nacional mantém esse valor como uma representação da unidade, sendo, portanto, o mais alto padrão com o qual outras representações são comparadas.


15

Padrões Internacionais

Rastreabilidade Padrões nacionais

Padrões de Referência

Padrões de Trabalho

Usuários

Padrão Internacional (padrão primário): padrão reconhecido por um acordo internacional para servir como base para estabelecer valores a outros padrões a que se refere. Padrão Nacional (padrão primário): padrão reconhecido por uma decisão nacional para

servir como base para estabelecer valores a outros padrões a que se refere. Padrão de referência (padrão secundário): (conjunto de laboratórios acreditados pelo INMETRO (RBC – Rede Brasileira de Calibração) para realizar serviços de calibração). Padrões que devem ser calibrados pelos padrões nacionais. Padrão de trabalho: padrão utilizado nas medições do dia-a-dia.

A rastreabilidade dos padrões de medição segue da base maior da pirâmide para a parte menor (topo). Todo equipamento que possui influência na qualidade da medição, incluindo aqueles para medições auxiliares, devem ser calibrados antes de serem colocados em uso, pois é necessário saber se os mesmos estão medindo corretamente, conforme suas características e especificações. Quando não for possível a rastreabilidade ao SI (Sistema Internacional de Medidas), o laboratório deve fornecer confiança nas medições, através da rastreabilidade a padrões apropriados, como:

uso de materiais de referência certificados;

uso de métodos especificados e/ou padrões consensados.


16

Rastreabilidade: Propriedade do resultado de medição pela qual tal resultado pode ser relacionado a uma referência através de uma cadeia ininterrupta e documentada de calibrações, cada uma contribuindo para a incerteza de medição.

VIM – INMETRO / rev. Dez/2008

Conforme facilmente se constata a partir das noções agora definidas, os diferentes padrões estão hierarquizados de acordo com as qualidades metrológicas segundo uma escala decrescente dos primários para os de trabalho. Em relação aos padrões primários, secundários e de trabalho o conceito de exatidão é pertinente, uma vez que se pode tomar como base os padrões internacionais. Deste modo, e uma vez que a qualidade metrológica mais importante de um padrão é exatamente a sua exatidão, a hierarquia primário, secundário e de trabalho corresponde a uma escala crescente de imprecisões. A essa hierarquia corresponde também, e naturalmente, uma escala decrescente de custos dos padrões. Genericamente, e para uma mesma grandeza, um padrão de trabalho é mais barato do que um primário. Como tal, e também porque as precisões exigidas não são as mesmas em todas as situações de medida, os diferentes tipos de padrão encontram-se em diferentes tipos de laboratório. Um laboratório nacional de padrões disporá de padrões primários, laboratórios privados ou industriais disporão de padrões secundários, os quais são utilizados como referência para ajuste e calibração de padrões de trabalho. Este tipo de organização, que pode revestir diferentes formas, deverá em qualquer caso permitir reportar o valor medido com um padrão de trabalho a um padrão pelo menos primário mediante uma cadeia ininterrupta de comparações que se designa por rastreabilidade.

Todo resultado de todas as medições devem ser expressos por um número e por uma unidade. Por exemplo: 10 mm, 4,5 V, 80 m/s, etc.


17

CAPÍTULO 6. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)

6.1 Importância O Sistema Internacional de Unidades (SI) é o sistema de unidades adotado e recomendado pela Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM). A adoção do SI no Brasil, além de ser uma obrigatoriedade legal, apresenta aspectos positivos, entre os quais podemos destacar:

Facilidade, ao nível internacional, na troca e entendimento das informações nas relações comerciais e científicas;

Demonstração de maturidade técnica e científica pelo abandono de sistemas superados ou em desuso. 6.2 Unidades No SI distinguem-se basicamente duas classes de unidades: as Unidades de base e as Unidades derivadas.

6.2.1 Unidades de Base O SI baseia-se em apenas 07 (sete) grandezas físicas independentes, chamadas de Unidades de Base. Todas elas estão apresentadas na tabela a seguir:

Grandeza Definição Símbolo

Comprimento

O metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no

vácuo, durante o intervalo de tempo de 1/(299.792.458) de segundo.

m

Massa O quilograma é a unidade de massa igual à massa do

protótipo internacional do quilograma. kg

Tempo

O segundo é a duração de 9.192.631.770 períodos da

radiação correspondente à transição entre dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio 133.

s

Intensidade Luminosa

A candela é a intensidade luminosa, numa direção dada, de

uma fonte que emite uma radiação monocromática de freqüência 540x1012 hertz e cuja intensidade energética

naquela direção é de 1/683 watt por esterradiano.

cd

Quantidade de matéria

O mol a quantidade de matéria de um sistema contendo tantas entidades elementares quanto átomos existem em

0,012 Kg de carbono 12. mol


18

Intensidade de Corrente Elétrica

O ampère é a intensidade de uma corrente elétrica constante

que, mantida entre dois condutores paralelos, retilíneos, de comprimento infinito, de seção circular desprezível e situados à distância de 1 metro entre si, no vácuo, produz entre estes

condutores uma força igual a 2x10-7 newton por metro de comprimento.

A

Temperatura Termodinâmica

O kelvin é a fração 1/(273,16) da temperatura termodinâmica

do ponto tríplice da água. K

6.2.2 Unidades Derivadas

São as unidades formadas pela combinação das unidades de base segundo relações matemáticas que correlacionam as correspondentes grandezas. A tabela a seguir apresenta algumas unidades derivadas:


Superfície metro quadrado m2

Volume metro cúbico m3

Velocidade metro por segundo m/s

Aceleração metro por segundo ao quadrado m/s2

Massa específica quilograma por metro cúbico Kg/m3

Volume específico metro cúbico por quilograma m3/Kg

Freqüência hertz Hz

Força newton N

Pressão pascal Pa

Energia, trabalho, quantidade, calor

joule J

Potência, fluxo energético watt W

Tensão elétrica volt V

Resistência elétrica ohm Ω

Temperatura Celsius Grau Celsius ºC

6.2.3 Unidades fora do SI O Bureau Internacional de Pesos e medidas (BIPM) reconhece que existe a necessidade de utilizar algumas unidades que não fazem parte do SI, porém estão amplamente difundidas. Algumas destas unidades estão apresentadas na tabela a seguir:


minuto 60 s min

hora 3.600 s h

dia 86.400 s d

grau π/180rad º

litro 1dm3 = 0,001m3 l, L

tonelada 1.000 kg t


19

6.2.4 Múltiplos e Submúltiplos

Todas as unidades podem ser estendidas sobre uma faixa de 48 ordens de grandeza do seu valor base. Os multiplicadores são todos potências de 10. Aqui estão alguns deles:

Nome Símbolo Multiplicador

yotta Y 1024

zetta Z 1021

exa E 1018

peta P 1015

terá T 1012

giga G 109

mega M 106

quilo k 103

hecto h 102

deca da 101

deci d 10-1

centi c 10-2

mili m 10-3

micro µ 10-6

nano n 10-9

pico p 10-12

femto f 10-15

atto a 10-18

zepto z 10-21

yocto y 10-24

6.3 Regras para utilização dos símbolos do SI

Para uma padronização existem regras para se utilizarem os símbolos do SI, esses símbolos são expressos em caracteres romanos e minúsculos. As exceções são o µ (mícron) e o Ω (ohm), que são letras gregas. Exemplo: metro – m grama - g Se o nome da unidade é um nome próprio, a primeira letra do símbolo é maiúscula. Ao escrevermos a unidade por extenso devemos utilizar letra minúscula. Exemplo: pressão – Pa ou pascal temperatura – K ou kelvin Os símbolos das unidades não têm plural e não são seguidos por pontos. Exemplo: 10 kg 500 m


20

Na divisão de uma unidade por outra deve-se utilizar uma barra inclinada ou um traço horizontal. Exemplo: km/h ou km h

6.3.1 Algarismos significativos

A apresentação numérica do resultado de uma medição depende, para além de outros fatores, da resolução do dispositivo indicador do aparelho de medida utilizado. Assim, é essencialmente diferente expressar-se o valor de uma grandeza como sendo 31 ou 31,00 unidades dessa grandeza; enquanto que no primeiro caso o dispositivo indicador permite apenas afirmar que o valor medido deverá estar mais próximo de 31 do que de 30 ou de 32, no segundo a afirmação é de que esse valor estará mais perto de 31,00 do que de 31,01 ou de 30,99. Existe, portanto, uma ligação entre o número de algarismos significativos com que se apresenta um valor medido e a resolução do aparelho de medida utilizado, o que torna ilícito expressar, não só esse valor como outros que dele resultem por manipulações matemáticas, com maior números de algarismos significativos do que os resultantes dessa resolução.

Com a régua acima, se você medir o comprimento do lápis verá que ele está entre 9,2 e 9,3 cm. Quantos décimos de milímetros devemos considerar? É impossível precisar. O algarismo que deverá aparecer após o numero 9 não carrega a mesma certeza. Ele é, por esta razão, denominado duvidoso, e o 9 é correto. Então, a medida do comprimento do lápis deve ser expressa por dois algarismos. Por exemplo, 9,1; 9,2 ou 9,3. Esses dois algarismos são denominados significativos. Ao expressar a medida de uma grandeza física, é importante utilizar os algarismos corretos e o primeiro algarismo duvidoso. No nosso exemplo, não tem sentido registrar a medida do comprimento do lápis como 9,25 cm. O algarismo 5 é desnecessário, porque o 2 que o antecede já é um algarismo duvidoso. Resumindo: Algarismos significativos, em uma medida, são aqueles que sabemos estarem corretos e mais o primeiro duvidoso. Para minimizar os erros, o arredondamento somente é feito no final dos resultados e o mesmo não pode ser maior do que 5% do valor original.


21

6.3.2 Arredondamento e aproximações

Ao realizar operações com medidas realizadas em diferentes instrumentos, que possuem diferentes números de algarismos significativos, exprime-se o resultado final com apenas um algarismo duvidoso, isto é, mantém-se o menor número de algarismos significativos. Durante as operações, podem-se expressar os resultados intermediários com todos os algarismos possíveis, a fim de diminuir o erro devido aos arredondamentos. Apenas no final é que se arredonda o resultado para preservar um algarismo duvidoso. A regra a ser seguida é: • Quantidade após o algarismo duvidoso maior que 5, 500, etc. → arredonda-se o algarismo duvidoso para mais:

5,77 5,8

• Quantidade após o algarismo duvidoso menor que 5, 500, etc. → arredonda-se o algarismo duvidoso para menos;

5,33 5,3

• Quantidade após o algarismo duvidoso igual a 5, 500, etc. → arredonda-se o algarismo duvidoso para mais;

1,85 1,9 Existe uma outra regra que o valor do arredondamento não deve ser maior do que 5% do valor real. Exemplo 1:

Valor real = 1,97 Valor arredondado = 2,0

Diferença entre os dois valores = 0,03

0,03 equivale a 1,5% de 1,97 que é o valor real

Ou seja, para este caso o arredondamento está correto.


22

Exemplo 2:

Valor real = 0,66

Valor arredondado = 0,7

Diferença entre os dois valores = 0,04

0,04 equivale a 6% de 0,66 que é o valor real Ou seja, para este caso o arredondamento feito ultrapassou os 5% estabelecido, sendo assim não deve ser feito. Dessa forma precisamos tomar um certo cuidado ao se arredondar um valor, qualquer que seja, pois um arredondamento feito pode ser tanto desprezível como também pode ocasionar em reprovação de um determinado item o qual esteja aprovado ou vice-versa.


23

CAPÍTULO 7. ERROS DE MEDIÇÃO

Dificilmente obtemos resultados nas calibrações 100% exatas, isto é, isenta de erros. Na realidade o que devemos é conhecer e manter estes erros dentro de limites aceitáveis. O operador deve dominar pelo menos três tipos de erro que provocam influência aditiva no erro de medição: O erro grosseiro, o erro sistemático e o erro aleatório.

7.1 Erro grosseiro

O erro grosseiro é aquele cujo valor encontrado difere muito de todos os outros, em um conjunto de medições. Os erros grosseiros, normalmente, correspondem a um único valor que deve ser desprezado quando identificado. As causas para o aparecimento desse erro podem ser:

Leitura errônea

Defeito do sistema de medição

Manipulação indevida

Anotação errada

Descuido com paralaxe

Defeito no sistema de medição

Etc

Embora a eliminação completa do erro grosseiro seja impossível, sua causa deve ser detectada e reduzida, principalmente com treinamento do pessoal envolvido. Erros grosseiros acontecem quando se atribui falta de cuidado ou maus hábitos.

Exemplo:

Valor nominal 1ª medida 2ª medida 3ª medida 4ª medida

12,5 12,3 14,8 12,4 12,4

A segunda medida realizada é um “erro grosseiro”, pois difere muito das outras. 7.2 Erro Sistemático

Erro sistemático é a diferença entre o valor verdadeiro convencional e a média de um determinado número de medições. Esse erro pode ser causado por vários motivos, como:

desgaste do sistema de medição

ajustes

fatores construtivos

método de medição

condições ambientais

etc


24

Na maioria das vezes o erro sistemático não é constante na faixa de operação do sistema de medição, tornando-o de difícil previsão. Este erro pode ser eliminado na calibração, pois normalmente ele se apresenta linearmente. Exemplo: Na calibração de um termômetro obtêm-se os seguintes resultados em ºC:

Valor Verdadeiro Convencional

Valor Indicado no Instrumento em Teste

Erro Sistemático*

50,0 49,2 -0,8

100,0 99,0 -1,0

200,0 198,9 -1,1

* Erro Sistemático = Valor Indicado no Instrumento em Teste – Valor Verdadeiro Convencional

Observe no exemplo acima que os erros sistemáticos das medições se mantém próximos, ou seja, dependendo do tipo do instrumento, o mesmo pode ser ajustado internamente por um técnico capacitado e treinado. Esses ajustes são realizados em laboratório, em condições específicas para determinada calibração. Este termômetro pode estar aprovado ou reprovado quanto aos seus erros apresentados, isso vai depender do processo em que este instrumento será utilizado, seus critérios de aceitação e especificações.

O erro SISTEMÁTICO deve ser SEMPRE compensado no resultado obtido na medição O Erro Sistemático também pode ser chamado de Desvio ou Tendência. 7.3 Erro Aleatório

Erro aleatório é a diferença entre o resultado de uma medição e a média de um determinado número de medições. Os fatores que contribuem para o aparecimento do erro aleatório podem ser devido a:

atritos

vibrações

folgas

flutuações na rede de alimentação

instabilidade interna

condições ambientais

etc. Esses erros dificilmente podem ser eliminados, pois ocasionam medições espalhadas mais ou menos simetricamente em torno do valor médio.


25

Exemplo 1: Calibração de um Medidor de espessuras em mm:


Erro na 1ª medida Erro na 2ª medida Erro na 3ª medida

5,0 -0,2 -0,5 -0,1

10,0 0,0 -0,7 0,2

20,0 0,3 -0,1 -0,4

Erro aleatório: Resultado de uma medição – média dos resultados Neste exemplo podemos notar que o erro sistemático não segue qualquer tipo de lógica, como, por exemplo, uma curva que torne os resultados previsíveis. Tudo indica que a origem deste erro seja um defeito do sensor ou mesmo do circuito eletrônico do indicador. Exemplo 2: Calibração de um Medidor de camadas de tinta em µm: Numa série de medições com este medidor, a indicação do instrumento com um padrão de 30 µm varia entre 20 µm e 25 µm, mas quando ele recebe uma pancada leve com a ponta dos dedos, a indicação é de 30 µm. Neste caso o instrumento está infiel, portanto o erro aleatório pode ser devido ao atrito dos mancais, eletricidade eletrostática no visor, folga no pivô, ponteiro enroscado (em caso de instrumentos analógicos), etc. Deve ser enviado para manutenção imediatamente. 7.4 Fator de correção

O fator de correção é muito utilizado pelos usuários dos instrumentos de medição calibrados, pois são importantíssimos para que os resultados obtidos sejam corretos. É um fator numérico que a partir de um resultado que ainda não foi corrigido é multiplicado para compensar o erro sistemático. Exemplo: Resultados obtidos na calibração de uma Máquina detectora de trincas por Partículas Magnéticas:

Posição da chave


(A)


(A)

Erro (%)

Fator de correção

1 500 532 -6,0 1,06

2 1000 1100 -9,1 1,10

3 1500 1750 -14,3 1,17

4 2000 2400 -16,7 1,20

Para se obter o Valor Real, deve-se multiplicar o Valor Indicado no Instrumento da máquina pelo fator de correção correspondente à posição da chave.


26

CAPÍTULO 8. PRECISÃO E EXATIDÃO

Em metrologia os termos “exatidão” e “precisão” são considerados como características do processo de medição. A exatidão está associada à proximidade do valor verdadeiro e a precisão está associada à dispersão dos valores resultantes de uma série de medidas. Precisão significa a aptidão de um instrumento de medição fornecer indicações muito próximas, quando se mede o mesmo mensurando, sob as mesmas condições. Define o quanto um instrumento é capaz de reproduzir um valor obtido numa medição, mesmo que ele não esteja correto. A precisão é definida pelo desvio padrão de uma série de medidas de uma mesma amostra ou um mesmo ponto. Quanto maior o desvio padrão, menor é a precisão. A precisão está relacionada com as incertezas aleatórias da medição e tem relação com a qualidade do instrumento. Nota: No último VIM emitido, o termo “Precisão” foi substituído pelo termo “Repetitividade”.

Exatidão é a aptidão de um instrumento para dar respostas próximas ao valor verdadeiro do

mensurando. É a capacidade que o instrumento de medição tem de fornecer um resultado correto. Um equipamento exato é aquele que após uma série de medições nos fornece um valor médio que é próximo ao real, mesmo que o desvio padrão seja elevado, ou seja, apresente baixa precisão. A exatidão está relacionada com as incertezas sistemáticas da medição. A exatidão pode ser avaliada através da calibração do instrumento. Então, um equipamento preciso e inexato é capaz de fornecer resultados reprodutivos, mas incorretos, e um equipamento exato e impreciso, é capaz de fornecer resultados corretos, mas com uma grande variação entre as medidas. Isto significa que neste caso, seria necessário um grande número de medições para se ter um resultado médio confiável, e estatisticamente válido.

Os termos PRECISÃO e EXATIDÃO possuem significados diferentes


27

Observemos o exemplo abaixo:

a b c d

PRECISÃO: NÃO PRECISÃO: SIM PRECISÃO: NÃO PRECISÃO: SIM EXATIDÃO: NÃO EXATIDÃO: NÃO EXATIDÃO: SIM EXATIDÃO: SIM

a - Grande dispersão de resultados. Erros fortuitos elevados. Existência de erros sistemáticos: resultado não preciso e não exato. b - Baixa dispersão de resultados. Erros fortuitos pequenos. Existência de erros

sistemáticos: resultado preciso, mas não exato. c - Grande dispersão de resultados. Erros fortuitos elevados. Não existência de erros sistemáticos: resultado não preciso, mas exato. d - Baixa dispersão de resultados. Erros fortuitos pequenos. Não existência de erros

sistemáticos: resultado preciso e exato. Obs. A incerteza de medição dos alvos “a” e “c” é maior do que “b” e “d”. A Incerteza das medidas é representada pela dispersão dos valores. (Incerteza dispersão)

Exemplo: Calibração de dois Paquímetros: (unidade em mm)

Equipamento Valor Verdadeiro

Convencional 1ª medida 2ª medida 3ª medida Média

A 50,0 51,0 51,0 51,0 51,0 B 50,0 50,1 50,3 50,2 50,2

Com os dados acima é possível concluir que o equipamento A é mais preciso do que o equipamento B, pois obteve menos variações entre as três medições realizadas no mesmo ponto. Em contra partida, ele é menos exato, pois a média dos valores obteve um maior desvio em relação ao valor de referência.


28

CAPÍTULO 9. RESULTADO DA MEDIÇÃO

Não existem medições 100% exatas, ou seja, nenhuma medição pode ser apresentada em um ponto exato, por exemplo, 10,2 mm. As medições sempre giram em torno de uma faixa, pois existem vários fatores que fazem com que essas medidas não se tornem 100% confiáveis, devido a condições ambientais, incertezas herdadas dos instrumentos padrões, dúvidas em leituras, etc. A medição correta é aquela que é apresentada com as incertezas de medição declaradas, por exemplo: 10,2 mm + 0,2 mm, ou seja, a medição realizada está na faixa de 10,0 e 10,4 mm. A expressão de um resultado de medição encontra-se incompleta caso esta não se apresente com a declaração da Incerteza de medição associada. A incerteza de um resultado define uma faixa de valores em torno da média das medições, dentro da qual o valor verdadeiro do mensurando se encontra com nível de confiança estabelecido.

Resultado = Média (das medidas) – Erro Sistemático + Incerteza de medição Embora não seja ainda de entendimento geral e até mesmo algumas vezes de desconhecimento de alguns, cumpre-nos observar que dentre as parcelas mostradas na expressão do Resultado de uma medição, a Incerteza de medição é a mais importante, até mesmo do que a Média das medidas e mereceria uma maior compreensão e aplicação. Vejamos um exemplo: Um Metrologista foi solicitado para medir as dimensões do seu laboratório para a preparação de um layout, e este não dispusesse de trena ou qualquer outro meio de medição. Este poderia utilizar-se das dimensões padronizadas das placas de piso (por exemplo: 30 x 30 cm) e após uma contagem do número de placas em cada lado emitir um resultado de medição, como segue: 4,0 x 4,0 m + 0,15 m. Metrologicamente falando, o resultado da sua medição está correto mesmo se o solicitante não estivesse satisfeito com a Incerteza de medição apresentada e neste caso o mesmo poderia propor uma alteração no procedimento de medição utilizado, como por exemplo o uso de uma trena. Sob o mesmo ponto de vista, errado estaria se a medição fosse feita, por exemplo com uma trena e o resultado apresentado fosse: 4,010 x 4,047 m (sem a declaração da Incerteza de medição).


29

Veja nos gráficos abaixo: Exemplo 1: Resultado da medição: 10,2 mm 10,2

Exemplo 2: Resultado da medição: 10,2 + 0,2 mm 10,0 10,2 10,4 Veja que no “exemplo 1” o resultado foi informado sem a declaração da incerteza da medição, ou seja, está incorreta. Já no “exemplo 2” a informação do resultado está completa, ou seja, uma faixa; pois lembramos que não existem a medições 100% exatas. Dessa forma concluímos que sempre temos que estar atentos a Incerteza de medição declarada junto ao resultado da medição e esta é fundamental para classificar se um instrumento de medição está “Aprovado” ou “Reprovado” para um determinado trabalho.


30

CAPÍTULO 10. INCERTEZA DE MEDIÇÃO

O resultado de uma medição deve sempre estar acompanhado de uma indicação da qualidade da medida. Esta indicação deve ser facilmente entendida e implementada. O conceito de erro e de sua análise é prática antiga em metrologia, mas o conceito de incerteza como um atributo de confiabilidade é relativamente novo. Existe um consenso mundial de que o método de avaliar e expressar a incerteza seja uniforme em todo o mundo de forma que as medições nos diversos países sejam facilmente comparadas. Para descrever a falta de perfeição nas medições usamos a expressão incerteza da medição, definida como sendo o parâmetro associado ao resultado de uma medição, que caracteriza a dispersão dos valores que podem ser fundamentalmente atribuídos aos valores medidos. A incerteza de medição compreende, em geral, muitos componentes. Alguns destes componentes podem ser estimados com base na distribuição estatística dos resultados das séries de medições e podem ser caracterizados por desvios padrão experimentais. Os outros componentes são avaliados por meio de distribuições de probabilidade assumidas, baseadas em outras informações próprias e decorrentes da experiência do laboratório. Parcela da incerteza é devida à qualidade ou hierarquia dos padrões utilizados pelo laboratório e pelo processo de calibração. De acordo com a boa praxe da metrologia, a incerteza de medição, declarada no certificado de calibração emitido pelo laboratório, deve ser utilizada na avaliação da incerteza existente do próprio processo de END. Quando um certificado de calibração informa o resultado da medição mais a sua incerteza de medição, este conjunto deve ser analisado, pois como já informado anteriormente nenhuma medição é 100% exata. Exemplo: Resultado da medição: 100,0 + 0,5 mm Resultado da medição 99,0 99,5 100,0 100,5 101,0

Ou seja, a medição realizada está entre 99,5 e 100,5 mm. Para cada ponto medido é necessário calcular uma incerteza de medição, até chegar a esse resultado final que é chamado de incerteza expandida deve-se combinar todas as fontes de incertezas individuais e posteriormente realizar outros cálculos.

Existem procedimentos para o cálculo da incerteza de medição, são métodos que para chegar nos resultados finais requerem um grande conhecimento técnico (da área específica) e estatístico. Em alguns casos requerem também pesquisas árduas de dias ou talvez de meses para chegar a resultados reais.

Obs. Para maiores informações sobre os cálculos de incerteza de medição, o documento do INMETRO “NIT-DICLA-021” é recomendado.


31

CAPÍTULO 11. CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO

Todos os instrumentos que são utilizados nas medições do dia-a-dia e que afetem na qualidade do produto devem ser calibrados, isso já sabemos, e todos os instrumentos de medição que são calibrados devem ter critérios de aceitação definidos quanto aos resultados finais apresentados no certificado de calibração. Para determinar um critério de aceitação de um determinado instrumento é necessário ter bons conhecimentos de:

Normas técnicas

Processo de medição

Características do instrumento (especificações técnicas)

Incerteza de medição obtida na calibração

Etc. Entendemos que ter conhecimentos sobre as normas técnicas vigentes, o processo de medição e as características do instrumento são fundamentais para determinar um critério de aceitação, mas saber sobre a incerteza de medição obtida na calibração, não seria demais? Não teria que fazer um curso sobre incertezas, estatísticas? Claro que não! Não é necessário conhecer como se calcula a incerteza da medição, mas é primordial que se conheça qual será a incerteza aproximada (ou a menor incerteza) que será obtida na calibração. Geralmente, quando o usuário solicita ao laboratório uma proposta de calibração, o mesmo informa qual a faixa de medição e a menor incerteza que se consegue nesta calibração, a partir daí o usuário decide se irá calibrar ou não neste laboratório com a previsão da incerteza de medição informada. O INMETRO recomenda que o critério de aceitação seja entre 3 e 10 vezes o valor da incerteza de medição para que tenha uma faixa em que o erro pode variar, veja no exemplo abaixo: Exemplo: Resultados obtidos na calibração de um termômetro (em ºC):



Erro + Incerteza

20,0 20,5 0,5 0,5

100,0 101,0 1,0 0,5

200,0 201,5 1,5 0,5


32

Pela recomendação do INMETRO, o critério de aceitação desse termômetro estaria entre 1,5ºC (incerteza x 3) e 5ºC (incerteza x 10). Esse cálculo é desejável, pois como já informado antes, dificilmente um resultado de uma medição tenha “zero” de erro sistemático (valor medido – valor de referência). Critério de aceitação

Valor de referência resultado da medição

Dessa forma, a faixa do resultado da medição poderá se mover com uma certa folga, não fazendo com que qualquer erro pequeno ultrapasse a faixa do critério de aceitação. Alguns critérios não poderão atender a essa recomendação por características do instrumento ou pelo valor da incerteza da medição ser alta ou baixa, cada caso deverá ser analisado unicamente. Obs. Esse critério de aceitação também poderá ser chamado de Tolerância de Processo ou somente de Tolerância.


33

CAPÍTULO 12. COMO ANALISAR DE UM CERTIFICADO DE CALIBRAÇÃO

Um dos itens mais importantes para o responsável que analisa um certificado de calibração é entender cada informação descrita nele. Sem dúvida, um dos maiores temores da maioria dos envolvidos nas atividades metrológicas de uma empresa, é quando chega o certificado de calibração. Ele sabe que o auditor vai questioná-lo sobre esse certificado, mas como saber se está correto, se o equipamento está adequado ao processo, como entender aquela tal de incerteza e esse fator de abrangência (fator do que?? Nossa!!). Bom, para clarear um pouco as coisas quando contratamos um laboratório que é acreditado e/ou reconhecido pela Norma ABNT NBR ISO/IEC 17025, podemos garantir que este certificado contém todas as informações necessárias, pelo menos conforme recomenda a norma. Nesta norma podemos encontrar todas as informações que um certificado de calibração ou um relatório de ensaio devem conter. Obs. Convém que os equipamentos utilizados em processos que afetem a qualidade do produto sejam calibrados em laboratórios acreditados e/ou reconhecidos pela Norma ABNT NBR ISO/IEC 17025, pois estará sendo garantida a confiabilidade na calibração e nas próprias informações contidas no certificado de calibração.

Garantir que o certificado/relatório tenha todas as informações, não garante que os resultados apresentados são os melhores possíveis, ou que o equipamento está apto a ser usado, uma análise detalhada do certificado precisa ser feita. Outra informação

apresentada no certificado é a incerteza de medição, que pode levar diferentes nomes como incerteza total, só incerteza, mas recomenda-se utilizar o termo incerteza expandida, conforme ISO GUM. O erro do equipamento também é informado (geralmente como erro sistemático), e pode aparecer como tendência ou desvio. Deve-se lembrar que para o equipamento estar apto, quando não houver correção do erro/tendência apresentado no certificado, a incerteza expandida somada ao erro/tendência, em módulo, deve ser menor que o erro admissível (ou critério de aceitação ou tolerância) para esse equipamento de medição. Para evitar problemas indesejados com a incerteza ou com o seu certificado, defina muito bem a calibração, tendo os pontos de calibração definidos de acordo com a faixa de uso do instrumento, a resolução do instrumento deve ser adequada à capacidade de

medição requerida, avalie a melhor capacidade de medição (incerteza mínima fornecida pelo laboratório considerando um equipamento próximo ao ideal) do laboratório. Vamos ver como essa análise funciona na prática: Exemplo 1: O projeto de uma peça indica que a espessura em uma determinada cota deve ser de 10,0 + 0,5 mm.

Valor Nominal Valor Verdadeiro

Convencional Erro + Incerteza

10,0 9,7 -0,3 0,3


34

Neste caso o critério de aceitação é de + 0,5 mm em relação ao valor nominal da peça que é de 10 mm, ou seja, o instrumento estaria aprovado se na medição o resultado estivesse dentro da faixa de 9,5 mm a 10,5 mm, como o valor medido foi de 9,7 mm essa peça está aprovada. O que foi feito de errado nessa análise?? Somente o erro sistemático foi considerado, mas e a incerteza de medição? Ela também faz parte do resultado, sendo assim é necessário que ela também seja incluída nessa análise. O correto seria somar o erro (em módulo) com a incerteza de medição e comparar com o critério de aceitação definido, conforme informado abaixo:

0,4 + 0,3 = 0,7 mm 0,7 (erro + incerteza) > 0,5 (critério)

Conclusão: REPROVADO Exemplo 2: Calibração de um termômetro nos pontos: 10 – 50 – 100ºC



Erro + Incerteza Fator k

10,0 10,5 0,5 0,3 2,0

50,0 50,7 0,7 0,3 2,0

100,0 101,5 1,5 0,3 2,0

Critério de aceitação: + 2ºC Ponto de 10ºC: Critério de aceitação

Resultado da medição

8 9 10 10,2 10,5 10,8 11,5 12

Ponto de 50ºC: Critério de aceitação


48 49 50 50,4 50,7 51 51,5 52


35

Ponto de 100ºC:

Critério de aceitação


98 99 100 101,2 101,5 101,8 102

Conclusão: Veja que em todos os pontos medidos o resultado da medição se encontra dentro do critério de aceitação definido, ou seja, para essa faixa de medição calibrada o instrumento em questão se encontra APROVADO. Nota: Mesmo o instrumento de medição estando aprovado para o critério de aceitação definido, não significa que o erro sistemático informado não deve ser compensado nos resultados obtidos.

Analisar corretamente um certificado de calibração é muito importante para termos a confiança de que o item calibrado está conforme critérios definidos e sendo assim garantia de que teremos uma medição confiável e um produto de boa qualidade.


36

CAPÍTULO 13. CONFIABILIDADE

Quando um operador escolhe um instrumento para realizar o seu ensaio, ele precisa garantir a confiança daquela medida, a confiança dos resultados finais que serão obtidos, para isso ele precisa:

Assegurar que os processos de medida, nos ensaios, são corretos

Assegurar que as variáveis das medições estão sob controle

Assegurar que os erros sistemáticos foram considerados nas medições

Assegurar que o instrumento de medição ou sistema de medição está medindo corretamente

Assegurar que as incertezas do instrumento são conhecidas e que são utilizadas para tratar e validar os resultados dos ensaios Caso o instrumento ou o sistema de medição não esteja calibrado, os resultados poderão ser:

Medições incorretas

Dificuldades no controle de processos

Produtos com qualidade instável

Entre outros pontos importantes Resumindo:

Ter controle sobre todos os detalhes de um ensaio ou de uma medição, desde a escolha do melhor instrumento até a análise do seu certificado

de calibração é fundamental para que os resultados finais sejam confiáveis


37

CAPÍTULO 14. ONDE CALIBRAR?

As normas especificam que qualquer equipamento de medição e ensaio deve ser calibrado antes do uso e regularmente, após esta calibração inicial. As calibrações podem ser realizadas por laboratório formalmente reconhecido ou acreditado pelo INMETRO como operando em conformidade com os requisitos da norma NBR ISO/IEC 17025. Ressalte-se que tanto o fabricante do equipamento quanto o próprio usuário podem realizar as calibrações de seus respectivos equipamentos desde que comprovem atendimento aos requisitos dos procedimentos da norma acima mencionada isto é, possuam: a) pessoal especificamente responsável formalmente designado e treinando para realizar as atividades requeridas de calibração; b) um sistema da qualidade abrangendo as atividades de calibração com seu manual, procedimentos de calibração escritos, aprovados e validados; c) um local designado e com ambiente controlado; d) padrões de elevada hierarquia e de uso exclusivo para fins de calibração. (Os padrões não podem ser utilizados para outra finalidade); e) capacidade para realizar os cálculos das incertezas de medição em conformidade com o método de calibração e padrões utilizados e expressar os resultados como requerido pela norma NBR ISO/IEC 17025; f) capacidade para emitir um certificado de calibração com conteúdo conforme requisitos da norma NBR ISO/IEC 17025.

Adquirir adequadamente serviços de calibração é fator de importância fundamental para garantir resultados confiáveis. Em primeiro lugar é necessário especificar apropriadamente tais serviços, sem falta ou excessos.

As calibrações devem ser realizadas tendo por referência as especificações dos fabricantes e outras, desde que aplicáveis ao equipamento a ser calibrado. Tais especificações de serviços devem ser claras e devem ser formalmente aceitas pelo laboratório antes do início dos serviços.


38

BIBLIOGRAFIA

Metrologia na Indústria Edição ano 2001 Editora Érica Ltda. Autor: Francisco Adval de Lira

Metrologia – conhecendo e aplicando na sua empresa Edição ano 2000 CNI – Confederação Nacional da Indústria

Vocabulário Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia – VIM 4ª edição (revisada) / 2007

ABNT NBR ISO 9001:2000 – Sistemas de gestão da qualidade – Requisitos

ABNT NBR ISO/IEC 17025:2005 – Requisitos gerais para a competência de laboratórios de ensaio e calibração

Sistemas de Garantia da Qualidade – Vol. 1 IBP – Instituto brasileiro de Petróleo


39

FOLHA DE EXERCÍCIOS

Algarismos significativos 1. A resolução de um instrumento analógico é de 0,1 mm, qual dos valores apresentados a seguir estaria incorreto? a. 0,11 b. 0,52 c. 0,538 d. 0,9 2. Arredondar os seguintes números para uma casa decimal se possível for. a. 52,29 b. 40,14 c. 0,54 d. 0,12 e. 350,05 Erros de medição 3. Qual dos valores medidos podem ser caracterizados como um erro grosseiro?

a.


500,50 500,12 500,13 500,49 500,15

b.


0,20 0,26 0,33 0,34 0,34

4. Calcule os erros sistemáticos das medições abaixo:


Valor no Instrumento em Teste

Erro Sistemático

10,0 10,1

20,5 20,4

29,9 30,2

41,3 41,3


40

5. A partir de um fator de correção apresentado preencha os campos em branco.



Fator de correção

100 1,10

350 1,15

350 0,98

100 2,50

Precisão e Exatidão 6. Analisando os manuais de três paquímetros, qual deles seria o melhor para a sua empresa considerando que você necessita de um que tivesse boa repetitividade nas medições, ou seja, pouca dispersão entre as medições de um mesmo trabalho.

Manual 1: Resolução = 0,01 mm Exatidão = + 0,05 mm Precisão = + 0,02 mm Manual 2: Resolução = 0,02 mm Exatidão = + 0,04 mm Precisão = + 0,04 mm Manual 3: Resolução = 0,05 mm Exatidão = + 0,10 mm Precisão = + 0,05 mm

7. Considerando a média das medições, qual dos dois micrômetros abaixo possui a melhor exatidão?

Micrômetro Valor do padrão

1ª medida 2ª medida 3ª medida Média

A 4,0 4,12 4,12 4,12 4,12

B 4,0 4,07 4,05 4,09 4,07


41

Análise do Certificado de Calibração

8. Analise os certificados de calibração abaixo e informe se o aparelho em questão se encontra APROVADO ou REPROVADO.

Paquímetro


(mm)


(mm)

Erro (mm)

+ Incerteza (mm)

Status

5,0 5,01 0,01 0,01

20,0 20,02 0,02 0,01

50,0 50,02 0,02 0,01

100,0 100,03 0,03 0,01

Critério de aceitação = + 0,05 mm

Termômetro


(ºC)


(ºC)

Erro (ºC)

+ Incerteza (ºC)

Status

0,0 0,8 0,8 0,5

100,0 100,8 0,8 0,5

200,0 200,4 0,4 0,5

Critério de aceitação = + 1ºC Medidor de campo magnético

Valor no Instrumento em Teste (Gauss)


(Gauss)

Erro (Gauss)

+ Incerteza (%)

Status

5,0 5,2 -0,2 2,0

50,0 50,3 -0,3 2,0

100,0 100,8 -0,8 2,0

Critério de aceitação = + 2 Gauss


42

Bloco padrão

Valor Nominal (mm)


(mm)

Erro (mm)

+ Incerteza (mm)

Status

2,0 2,00 0,00 0,01

0,5 0,52 0,02 0,01

27,0 27,08 0,08 0,03

Critério de aceitação: < 10 mm = + 0,02 mm > 10 mm = + 0,05 mm

metrologia - curso de inspetor de equipamentos

Documents