VI CONGRESSO NACIONAL DE ENGENHARIA MECNICA VI NATIONAL CONGRESS OF MECHANICAL ENGINEERING

18 a 21 de agosto de 2010 Campina Grande P araba - Brasil August 18 21, 2010 Campina Grande Paraba Brazil

OTIMIZAO DO PROCEDIMENTO DE CALIBRAO DE NVEIS

PTICOS

Joo B atista de La S alles Junior, l asallesjr@hotmail.com1 Kletson Vieira da Silva, kletsoneng@hotmail.com1 Gbio Soares S aldanha, gubi oengme c@hotmail1 Luiz Pedro de Arajo, l pe dro@dem.ufrn.br1

Walte r Link, walter_link@uol.com.br1

1Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Av. Senador Salgado Filho, 3000, CEP: 59078-970, Natal-RN. Resumo: O presente trabalho consis te em otimizar o procedimento de calibrao de nv eis pticos recebidos no Laboratr io de Metrologia da UFRN visando maior rapidez, maior exatido na leitura e uma viso mais ntida dos valores indicados pelos padres utilizados. O mtodo atual consis te na utilizao de duas rguas-padro, dispostas em duas extremidades opostas, nas quais as leituras , atrav s do nv el ptico, so realizadas. Este novo mtodo utilizar dois traadores de altura. Acoplados a eles sero usados dois relgios com paradores padro nos quais os v alores sero lidos. Estes conjuntos traador-relgio comparador sero montados em mesas de referncia e postos em extremidades opostas uma distncia conhecida. Este procedimento necessitar de dois operadores, um para o manuseio do ajuste fino dos traadores de altura e o outro para manusear o nvel ptico, dando ass im mais dinm ica ao procedimento. Palavras-chave: C alibrao, Nv eis pticos, Otimizao

1. INTRODUO A qualidade principal de um inst rumento a de medir com o mnimo erro, isto , um instrumento de boa qualidade

deve ser capaz de apresentar resultados com pequenos erros de m edio, e a perfeit a caracteriz ao destes erros de grande importncia para que o result ado da medio possa ser determinado de maneira segura. Com o desenvolvim ento tecnolgico, cada vez mais aum ent am as exigncias em term os de conhecer e melhorar a incert eza dos instrumentos de medio, caract erstica esta que assegurada atravs da calibrao.

Os nveis so instrum entos de medio utilizados em diversos trabalhos de engenharia, os quais, em conjunto com rguas est adimtricas (miras), p ermit em a determ inao do desnvel entre dois pontos. Estes nveis podem ser class ificados como pticos, mecnicos ou aut om ticos, de acordo com seu princpio de funcionam ento ou, de acordo com sua exat ido. Em face a sua grande aplicao e aos critrios de qualidade exigidos para os levant amentos, tanto legalment e, atravs de normas e especificaes tcnicas, quanto do ponto de vist a da qualidade dos result ados obtidos, torna-se necessria realizao de verificaes , retificaes e calibraes dos m esmos (Brum, 2005).

Portanto, visando est es argumentos, o objetivo do trabalho otimiz ar o procediment o de calibrao de nveis pticos no Laboratrio de Metrologia da Universidade Federal do Rio Grande do Nort e em termos de rapidez, maior facilidade na leit ura e maior exatido dos resultados e dos padres utilizados.

2. DESENVO LVIMENTO

2.1 - N veis

O nivelamento geom trico um a t cnica de levantament o que permite det erminar o desnvel entre p ont os com

precises que podem alcanar a ordem do m ilmetro, como no caso dos nivelamentos efet uados com alt a exatido. Mesmo com o grande avano nas tcnicas de levantamento, como o uso de estaes totais e receptores GPS, o nivelam ento ainda a t cnica mais precisa p ara a determinao de desnveis em levantamentos t opogrficos e geodsicos (Brum, 2005). Para a realizao dos nivelamentos , o instrumento utilizado o Nvel e, como acessrios, as Miras G raduadas .

Os nveis so equipament os que permitem definir com exat ido um plano horiz ontal ort ogonal vertical definida pelo eixo principal do equip amento. As principais partes de um nvel so:

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Luneta; Nvel de bolha; Sist ema de comp ensao (para aparelhos automt icos); Dispositivo de calagem .

Figura 1. Eixos principais de um n vel.

Os nveis devem ser retificados quando no ocorrer as seguint es s ituaes: (Z Z) Eixo principal ou de rotao: deve estar perfeit am ente na vertical; (OO) Eixo ptico/ linha de visada/ eixo de colimao: perpendicular ao eixo principal; (HH) Eixo do nvel t ubular ou t angente central: disp osto paralelo com o eixo ptico. Segundo (DEM ARQUI, E. N.), quanto ao funcionament o esses equip am entos podem ser classificados em digit ais e

pticos. Nos nveis digit ais a leit ura na mira efetuada autom aticam ente empregando miras em cdigo de barra. Os nveis pticos podem ser classificados em mecnicos e autom t icos . No prim eiro caso, o nivelam ent o "fino ou calagem" do equipamento realizado com o auxlio de nveis de bolha bi-p art ida. Nos modelos autom t icos a linha de visada nivelada automaticament e, dentro de certo limite, ut iliz ando-se um sist em a compensador (p endular).

A ABNT (1994) class ifica os nveis de acordo com a t abela 1:

Tabela 1. Classifi cao dos n veis segundo NBR 13133.

Fonte: ABNT (1994) A classe int ermediria represent a os chamados nveis de engenheiro, as classes com precises maiores que 3

mm/km corresp ondem aos cham ados nveis de construo e as classes com precises menores que 3 mm /km representam os chamados nveis de preciso (BRUM , 2005).

Neste trabalho abordaremos os Nveis pticos m ecnicos, que podem ser Nveis de plano e Nveis de linha, pois os mesmos so os mais com umente utilizados na engenharia possuindo um nvel de exat ido int ermedirio. Os mesmos sero usados na obt eno dos resultados deste trabalho.

2.1.1 N veis de pl ano

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So aqueles que uma vez estacionado o instrum ento, seu eixo de colimao descreve um plano horizont al em torno

do eixo principal. Seriam equivalent es aos que (BRUM, 2005 apud KAHMEN, 1988, p. 323) classifica como Dumpy Level (figura 2).

Fi gura 2. N vel de pl ano (Dum py Level)

2.1.2 N veis de Li nha

So aqueles que, em cada nivelada preciso horizont aliz ar a luneta, para assegurar que a visada realiz ada seja

horiz ontal. Possui um movimento da luneta no sent ido do eixo vertical, at ravs de um p arafuso nivelador. Seriam equivalentes aos que (BRUM, 2005 apud KAHMEN, 1988, p. 323) class ifica como Tilting Lev el (figura 3).

Fi gura 3. N vel de Li nha (Tilting Level)

Algum as precaues gerais devem ser tomadas com est es tipos de instrum entos . No deslocamento p ara o campo o

instrum ent o deve estar acondicionado na sua embalagem original, devendo-se evit ar choques de qualquer natureza com o instrumento. Por isso, no veculo aconselhvel transport-lo em local seguro e firme. desaconselhvel transportar o instrumento mont ado no trip, principalm ent e em trechos longos e com o instrument o inclinado. bom lembrar que, nesta s ituao, grande part e da fora para m ant er o instrumento sobre a plat aform a do trip est ar concentrada nas extremidades dos parafusos calantes, sendo que neste caso, o momento ao qual o parafuso est sendo submetido diferente daquele p ara o qual foi projetado. Entretanto, em deslocament os curtos, o transporte manual poder ser efet uado com o instrumento frente do corpo, em p osio vertical, com a alidade e luneta im obiliz adas, evitando t ocar a sup erfcie das lentes com os dedos e proteger o instrumento contra a chuva e p oeira.

2.2 Calibrao A calibrao de um equipamento um component e import ante na qualidade dos resultados expressos por ele. um

aprimoramento constante e proporciona vantagens, tais como reduo na variao dos resultados obtidos, preveno dos defeitos e comp atibilidade das medies. De acordo com o VIM, calibrao um conjunto de op eraes que est abelece, sob condies especificadas, a relao entre os valores indicados por um instrumento de m edio ou sist em a de medio ou valores represent ados por uma medida mat erializ ada ou um m aterial de referncia, e os valores

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correspondentes das grandez as estabelecidos por padres. Para entender melhor o seu s ignificado necessrio associ-lo ao termo comparao, acrescentando que est e que se compara representado por um padro de classe de exat ido superior. Ist o , calibrar est abelecer um a relao de comparao contra um padro apropriado, onde a diferena encontrada estabelece o erro do instrument o a calibrar com uma incert eza de medio associada a um nvel de confiana, geralmente de 95%. Em outras palavras, a calibrao prova que a leitura obt ida pelo inst rumento est dentro das incert ezas de m edio, sendo rast revel unidade corresp ondente do Sistema Int ernacional de Unidades (SI). Alm disso, esses cert ificados apresent am a dat a da calibrao, o responsvel pelo mesmo, as condies ambientais , bem como a incert eza associada s medies.

Atualmente, a calibrao de nveis pticos realizada no Laboratrio de met rologia da UFRN , resumidam ent e, realizada ut iliz ando duas rguas-p adro, p ostas em duas extremidades distintas e a uma dist ncia conhecida. Prim eiram ent e o nvel colocado num trip e prximo a um a das rguas. Faz em os a leitura na rgua mais prxima e, com o cuidado de apenas girar o nvel em torno de 180, sem variao de sua altura, verificamos a indicao na rgua mais distante. D epois, rep etido o m esmo procedim ento com o nvel mais prximo da outra rgua. C om os resultados em mos, e com alguns clculos, avaliamos o erro do nvel em mm /m juntamente com a incert ez a associada. Diant e das dificuldades encontradas tanto na visualizao dos valores indicados nas rguas at ravs da lente dos nveis, alm da baixa exatido das mesm as, estamos com uma propost a de ot im izao dest e procedimento at ravs da utiliz ao de traadores de altura e relgios comparadores.

2.3 Conceitos Fundamentais O VIM (Vocabulrio Int ernacional de Termos Fundam entos e Gerais de Metrologia) apresent a a seguint e definio:

a) Exat ido Grau de concordncia entre o result ado de uma medio e um valor verdadeiro do m ensurando. Algum as definies que no constam no VIM ainda se fazem necessria no trabalho, e de acordo com Brum (2005)

apud Faggion (2004) segue que: b) Verificao

Conjunt o de operaes , compreendendo o exame, a marcao e a emisso de um certificado que constate que o instrum ent o de medir ou medida m at erializ ada satisfaz as exigncias regulamentares. c) Retificao

Conjunt o de op eraes realiz adas em um equip am ento utilizando os p arafusos de ret ificao, para corrigir o erro determinado no processo de verificao. T em por objetivo fazer com que o equipamento volte a operar dentro de sua prescrio nominal. 2.3 Metodologia A proposta de otimiz ao do procedim ento atual de calibrao do Laborat rio de met rologia da UFRN est ainda em est udo, e em fase de testes e comparaes com o mtodo atual. C om o dep endem os de que emp resas enviem nveis para serem calibrados , neste perodo ainda no recebem os nenhum para realizao de testes no novo mtodo. Em alguns nveis pertencentes universidade foram encontrados problem as de focaliz ao, e esto sob ajustes p ara possveis futuros test es. Port ant o, apresentamos est a proposta. O novo procedimento pret ende utilizar os mesmo princp ios do procediment o atual, p orm ut iliz ando relgios comparadores como p adro, por terem resoluo miles imal, e com os quais obt eremos valores mais exatos. Est es relgios estaro fixos em suportes apropriados e apoiados em m esas de referncia junto com traadores de altura. Suas hastes est aro posicionadas logo acim a do suporte para pontas do traador.

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Fi gura 4. Apoios dos traadores e dos rel gi os comparadores nas respectivas mesas de refer nci a. Nos traadores de altura foram colocados duas miras, as quais sero alvos da linha de centro horiz ont al do visor do nvel ptico. Primeiram ent e, encostam-se as pontas dos traadores nos relgios fornecendo-os um pequeno deslocamento do ponteiro. O posicionamento da alt ura do nvel ptico, atravs do trip , se dar de t al forma que sua linha de centro horizont al, vist a por um dos operadores, j fique prxima ao centro de um a das miras fixadas no traador. D epois disso, gira-se o nvel ptico de 180 e, um outro operador posicionar a m ira fixada no outro traador mais distante para que tambm se sit ue prximo linha horiz ont al do nvel. Est e procediment o inicial para que, durante a calibrao, no se ultrapasse o lim ite da haste dos relgios quando houver o giro do nvel ptico em torno de 180 visando a obt eno do valor indicado pelo relgio que se encontra na ext remidade m ais distante. A gora os relgios so zerados m anualmente. Durante a calibrao, um dos operadores manusear o ajuste fino do traador, enquant o que o outro visualiz ar atravs do nvel o m om ento em que as linhas de cent ro horizont ais da miras e do nvel se coincidem. O deslocamento provocado pelo deslocament o do traador ser marcado pelo relgio comp arador. O procedimento para obteno dos result ados ser o mesmo do mt odo at ual, j descrito ant eriorm ent e.

Figura 5. Mira que se encontra no traador de altura.

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Fi gura 6. Nvel apontando para primei ro conjunto traador-relgio comparador.

Fi gura 7. N vel apontando para segundo conjunto traador-relgio comparador.

A reduo da incertez a est baseada nos menores valores encontrados p ara a disperso dos resultados obtidos, pelo fato de est ar utilizando, nessa nova m etodologia, dois padres com resoluo 50 vez es maior que os padres utilizados no mtodo anterior. As rguas utilizadas atualm ent e possuem resoluo de 0,5 mm. Os relgios comparadores para serem utilizados nest e novo m todo possuem resoluo de 0,01 mm . Este novo mtodo, port anto, pret ende ser mais dinmico, com a participao de dois op eradores , m ais rpido, apesar de tempo de preparao m aior, e com o objet ivo de reduzir as incertez as de m edio p ela utiliz ao de padres com maiores exatides. Porm, um dos principais motivos que nos levaram a modificar o mtodo at ual foi a dificuldade de visualizar valores indicados nas rguas, em determinados nveis pticos. Este problema ser resolvido com est a prop ost a de otim iz ao, pois os valores sero lidos nos relgios. Em breve sero feitas calibraes para obteno de result ados , e avaliar as melhorias oferecidas por este procedimento ao Laborat rio de m etrologia da UFRN. 3. AG RAD EC IMENTOS

Conferim os os agradecimentos a todos os integrant es do Laboratrio de Metrologia da Universidade Federal do R io

Grande do Nort e pelo aprendiz ado concedido e p ela ajuda dada p ara a realiz ao dest e trabalho.

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4. REFERNCIAS

Associao Bras ileira de Normas T cnicas. NBR 13133: Execuo de levantament o topogrfico: R io de Janeiro,

1994. Brum, E. V. P. Verificao e class ificao de nveis de acordo com norm as Internacionais. Dissert ao (mestrado).

Curitiba, 2005. Dem arqui, E. N. Aula 4, Topografia II: Nivelam ento geomtrico. Univers idade do Est ado do M at o Grosso. Silva, L. R. O., Alves , M. L. A Calibrao peridica de instrum entos de medio e padres e suas relaes com cust os

e benefcios. So Paulo, 2004. Ferraz, A. S., DAntonino, L. C. Teodolitos e Nveis pticos verificao e ajust es. Universidade Federal de Viosa.

Minas Gerais. Vocabulrio Int ernacional de T ermos Fundament ais e G erais de Metrologia VIM . 5. DIREITOS AUTORAIS

Os autores so os nicos responsveis p elo contedo do mat erial impresso includo no seu trabalho.

OPTIMIZATION OF CALIBRATION PROCEDURE FOR OPTICAL LEVELS

Joo B atista de La S alles Junior, l asallesjr@hotmail.com1 Kletson Vieira da Silva, kletsoneng@hotmail.com1 Gbio Soares S aldanha, gubi oengme c@hotmail1 Luiz Pedro de Arajo, l pe dro@dem.ufrn.br1 Walte r Link, walter_link@uol.com.br1

1Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Av. Senador Salgado Filho, 3000, CEP: 59078-970, Natal-RN. Abstract. This present work consists in to optimize the calibration procedure for optical lev els that are receiv ed at the Laboratory of Metrology from UFRN seek ing for greater speed, accuracy in reading and a clearer vis ion of values shown by the standards instruments . The current method uses two standard rules arranged in two opposite ends , in which readings are performed, through the optical lev els. This new m ethod will use two height gauges. Coupled to them w ill be used two standard dial indicators in which v alues will be read. These joints height gauge-dial indicator shall be m ounted on reference tables and placed at opposite ends at a know n distance. This proceeding w ill need two operators. One of them w ill be handling the height gauges tuning, and the other the optical level. This will give more dynamics to the procedure. Keywords: Optical lev els, Calibration, Optim ization.